【発明の詳細な説明】
植物病原体耐性遺伝子およびそれの使用
本発明は植物における病原体耐性に関し、より詳しくは、病原体耐性遺伝子の
同定および使用に関する。それはトマトCf-4遺伝子のクローニングに基づく。
植物は潜在的に病原性の微生物により常に攻撃を受けている。作物は普通、遺
伝子的に均一な単一栽培(モノカルチャー)として栽培されるので、それらは特
に害を受けやすい。しかしながら、植物は先在性防御と誘発性防御の両方の系列
を進化させてきたが、病原体、特に生存している植物細胞との密接な関連により
それらの栄養を得る病原体は、それらの防御を巧みに免れるに違いない。病原体
が病気を引き起こし得るなら、そのような相互作用は和合性であると言われ、植
物が耐性であるなら、相互作用は不和合性であると言われる。
品種特異的耐性はしばしば(排他的でなく)優性R遺伝子により指定される。
病原体がR遺伝子に打ち勝つように突然変異する時、変異はしばしば劣性である
。R遺伝子が機能するには、非病原性遺伝子(avirulence gene; Avr)と呼ばれ
る病原体中の対応遺伝子も存在しなければならない。毒性になるためには、病原
体(真菌、細菌またはウイルス)がもはやR遺伝子依存性防御機構を始動させる
物質を生産しなくならなければならない(Flor,1971)。しばしばエリシター/
レセプターモデルと呼ばれる1つのモデルは、もし病原体が対応するAvr 遺伝子
を有するなら、R遺伝子が植物に該病原体の存在を検出することができるように
する生成物をコードするというものである(Gabriel および Rolfe,1990)。そ
の後でこの認
識が防御反応の活性化に変換される。
トマト腐葉土病原体であるクラドスポリウム・フルバム(Cladosporium fulvu m
)からの2つの真菌非病原性遺伝子の特徴付けが報告されている。Avr9とAvr4
遺伝子は小さな高システインペプチドをコードし(van Kan 他,1991;Joosten
他,1995)、それらのプロセシングされた成熟形では、両遺伝子はそれぞれ28お
よび106 アミノ酸残基から構成される。Avr9とAvr4はそれぞれR遺伝子Cf-9とCf -4
を担持しているトマト系統にC.フルバムの品種に対する非病原性を付与する
。本発明者らは、それらの2つのR遺伝子が遺伝子的に密接に連鎖しているか、
ことによると対立遺伝子であるかもしれないことを示した(Jones 他,1993;Ba
lint-Kurti他,1994)。本発明者らはトランスポゾン標識法によりCf-9遺伝子を
単離した(Jones 他,1994;WO 95/18230 として公開されたPCT/GB94/02812)の
で、本明細書中でより精妙な遺伝子分析およびプローブとしてCf-9DNAを使っ
たCf-4の位置クローニングを報告する。クローン化された非毒性遺伝子およびそ
れらの同種の耐性遺伝子の入手可能性は、究極的には広範囲の作物において広域
型で且つ永続性の病気抵抗性を構築するために利用することかできる(de Wit,
1992;Staskawicz他,1995)。
植物では遺伝子の単離は2つの主なアプローチ、即ち位置クローニングおよび
トランスポゾン標識付けにより達成されている。幾つかの植物遺伝子が位置クロ
ーニングにより好結果に単離されており(Tanksley他,1995中に概説されている
)、それらの遺伝子としては、幾つかのR遺伝子、即ちPto (Martin他,1993)
およびトマトからのCf-2(Dixon 他,1996)、並びにアブラナ科(Arabidopsis
)からのRPS2およびRPM1(Bent他,1994;Mindrinos他,1994;Grant他,1995)
が挙げられる。大部分の位置クローニング方法は、制限
断片長さ多形性(RFLP)マーカーの使用に大きく頼っている。しかしながら、最
近になって、もっと多数のDNA配列を多形性について調査できるようにする、
より微妙なDNA配列変異を検出することのできるPCRをベースにした方法が
開発された。これらの技術はランダム増幅多形性DNA(RAPD、Williams他,19
90)および増幅制限断片多形性分析(AFLP、ZabeauおよびVos,1992,EP-A-9240
2629.7;Vos 他,1995;Thomas他,1995)を含み、そして位置クローニング方法
による植物遺伝子の単離を促進するだろう。トランスポゾン標識付けは、タバコ
からN遺伝子(Whitham 他,1994)、亜麻からL6 (Lawrence他,1995)、トマ
トからCf-9(Jones 他,1994;WO 95/18230 として公開されたPCT/GB94/02812)
を単離するのに使われている。
植物R遺伝子のアミノ酸配列の比較は、現在のところそれらが2つの主なクラ
スを構成することを示している。PTOを除く全部が高ロイシン反復(LRR)
モチーフを含むと思われるが、しかしR遺伝子のL 6、N、RPM1およびRPS2はCf- 9
(Staskawicz他,1995)およびCf-2(Dixon 他,1996)中に存在しない追加の
領域を有するようである。更に、L 6、NおよびRPS2は、大部分がLRRから成
り且つ主に細胞質外膜結合型タンパク質であると予想されるCf-9およびCf-2とは
対照的に、恐らく細胞内に存在するだろう。本発明者らの分析は、推定上のCf-4
タンパク質がCf-9と高度に相同であることを示す。
WO 93/11241 は、Cf-9と、および我々かたった今発見したCf-4(本発明の主題
である)と幾らか相同性を有するポリガラクツロナーゼ阻害タンパク質(PGIP)
をコードする遺伝子の配列を報告している。Cf-9,Cf-4および他のもの(Cf-5,-2
など)は、当業者により「病原体耐性遺伝子」または「耐病性遺伝子」と呼ば
れている。
PGIPをコードする遺伝子は病原体耐性遺伝子ではない。病原体耐性遺伝子(R)
は、対応する非病原性遺伝子(Avr )を発現している病原体の存在を植物が検出
できるようにする。病原体が検出されると、過敏性反応(HR)のような防御反
応が活性化される。そのような手段により、植物は病原体が侵入を試みた部位に
おける局所的な細胞死によって生存細胞の病原体を滅ぼすことができる。他方で
、WO 93/11241 のPGIP遺伝子(例えば)は、R遺伝子による病原体の検出に起因
する植物防御反応において誘導される種類の遺伝子である。
よって、病原体耐性遺伝子は、病原体由来で且つAvr 依存性の分子に対する受
容体をコードするものと見なすことができる。かくして、それは病原体の検出の
ための植物のRADAR にたとえることができるのに反して、PGIPは一度検出された
ら病原体に対して植物が開始する防御に関与しており且つ病原体耐性遺伝子では
ない。植物中の病原体耐性遺伝子の発現は、その植物における防御反応の活性化
を引き起こす。これは、植物と病原体または対応するエリシター分子との接触に
よって起こることができるが、エリシターの不在下での耐性遺伝子の過剰発現に
より活性化を引き起こす可能性が報告されている。防御反応は、局所的に、例え
ば植物と病原体またはエリシター分子との接触部位で、または全身的に活性化さ
れてもよい。病原体耐性遺伝子を発現する植物における防御反応の活性化は、適
当な対応するエリシター分子、例えば記載されるようなクラドスポリウム・フル
バム(Cladosporium fulvum)avr 遺伝子により生産されるようなもの、と植物
との接触によって引き起こすこともできる。エリシターはクラドスポリウム・フ
ルバム(Cladosporium fulvum)のような病原体の抽出物中に含まれるか、また
は完全にもしくは部分的に精製されてもよく、完全にもしくは部分的に合成さ
れたものであってもよい。エリシター分子は、それが防御反応の活性化を惹起せ
しめるためのR遺伝子産物に対する適当なリガンドであるならば、「対応する」
と言うことができる。
「Cf-x」/「Avrx」という用語は当業界で標準的である。Cf耐性遺伝子および
対応する真菌非病原性遺伝子(Avr )は、最初はそれの測定可能な活性が互いに
排他的な相互作用ペアに属する遺伝子の相互作用ペアとして遺伝学的に定義され
た。Cf-4により認識される成分がCf-9により認識されるものとは異なっているの
で、Avr9はCf-9含有トマトに対して壊死反応を誘発するが、Cf-4含有トマトに対
しては全く反応を誘発しない。
植物中でのCf-4機能の発現は、様々なC.フルバム品種の和合性を調べること
により決定することができる。
全ての既知Avr 遺伝子の機能性コピーを有するC.フルバムの品種(品種0)
は、全Cf遺伝子を欠いているトマト上でのみ増殖する(和合性である)だろう。
それはいずれかの機能性Cf遺伝子を有する植物上では増殖しない(不和合性であ
る)だろう。もしC.フルバム品種が機能性Avr4遺伝子を欠いているならば(品
種4)、それはいずれかのCf遺伝子を欠いている植物上で増殖できるだけでなく
、Cf-4遺伝子を有する植物上でも増殖できるだろう。機能性Avr2遺伝子も欠いて
いる品種(品種2,4)は、Cf-2遺伝子を有する植物上で増殖できるだろう。機
能性Avr2遺伝子のみを欠く品種(品種2)は、Cf-4遺伝子を有する植物上で増殖
できないだろう。同様に、C.フルバム品種5(機能性Avr5遺伝子を欠く)は、Cf-4
遺伝子を有する植物上で増殖できないだろう。品種4も品種2,4もどちら
も、他のCf遺伝子のいずれかを有する植物上で増殖できないだろう。様々な品種
が当業界で一般に入手可能であり、例えば、Research Institute for Plant Pro
tection(IPO-DLO),PO Box 9060,6700
GW Wageningen,The Netherlandsから入手可能である。品種4は受託番号IPO103
79のもとに入手可能であり、そして品種2,4は受託番号IPO50379のもとに入手
可能である。
Cf-2遺伝子は1996年4月1日にJohn Innes Centre Innovations Limited によ
り出願されそしてGB9506658.5 から優先権を主張しているPCT/GB96/00785の主題
である。
本発明者らは、今ここで、真菌クラドスポリウム・フルバム(Cladosporium fulvum
)に対する耐性を付与するトマト遺伝子Cf-4を単離し、そしてそのDNA
配列および推定アミノ酸配列を決定した。トマトCf-4遺伝子のDNA配列を図5
(配列番号1)に示し、そして推定アミノ酸配列を図6(配列番号2)に示す。
ある面によれは、本発明は病原体耐性遺伝子をコードする核酸単離物であって
、前記遺伝子が配列番号2に示されるアミノ酸配列もしくはその断片、またはそ
れに対してかなりの程度の相同性を示すアミノ酸配列をコードすることを特徴と
する、核酸単離物を提供する。これは、Cf-9,Cf-2およびCf-5のいずれかのアミ
ノ酸配列により示されるよりも程度の大きい、配列番号2のアミノ酸配列との配
列同一性であることができる。これは少なくとも約95%の同一性であることがで
きる。
最も好ましくは、前記核酸は配列番号2に示されるアミノ酸配列をコードし、
この場合、前記核酸単離物は配列番号1に示される配列を有する核酸、または所
望のポリペプチドをコードするのに十分な部分(例えばメチオニン開始コドンか
らフレーム内の最初の下流終止コドンまで)を含んで成ることができる。一態様
では、DNAが配列番号1のヌクレオチド201 〜2618であるヌクレオチド配列、
またはその変異体、誘導体もしくは対立遺伝子を含んで成る。
本発明の更なる面は、配列番号1のヌクレオチド201 〜2618また
はそれの断片、誘導体、変異体もしくは対立遺伝子を含んで成るプローブを使っ
てDNAライブラリーをスクリーニングし、そして植物に病原体耐性、例えばク
ラドスポリウム・フルバムの品種(例えばAvr4を発現する品種)に対する耐性を
付与することができるポリペプチドをコードするDNAを単離することにより得
られる、病原体耐性遺伝子をコードする核酸単離物、またはその断片を提供する
。前記植物はトマトであることができる。適当な技術は当業界で周知である。
よって、本発明は、病原体耐性遺伝子をコードする核酸を同定しそして/また
は単離する方法であって、配列番号2に示されるアミノ酸配列をコードするか、
コード配列に相補的であるか、またはコード配列かもしくはコード配列に相補的
な配列のいずれかの断片をコードするヌクレオチド配列を有する核酸を使って、
候補の(または「標的」の)核酸を探査することを含んで成る方法も提供する。
前記候補の核酸(例えば、cDNAまたはゲノムDNAであることができる)は
、病原体耐性遺伝子をコードする核酸を含有するかまたは含有する疑いのある任
意の細胞または生物から得ることができる。好ましいヌクレオチド配列は配列番
号1を有する。示された配列に相補的な配列、およびそれの断片を使ってもよい
。
好ましい探査条件は、その先調査することができる、陽性と同定される少数の
ハイブリダイゼーションを有する単純なパターンが得られるのに十分な位に緊縮
である条件である。少数の陽性クローンのみが残るまでハイブリダイゼーション
の緊縮性を徐々に増加することは当業界で周知である。
本発明の核酸は、配列番号2に示されるアミノ酸配列、または与えられた配列
の変異体、誘導体もしくは対立遺伝子をコードすることができる。好ましい変異
体、誘導体および対立遺伝子は、野性型
遺伝子によりコードされるタンパク質の機能的特徴、特に病原体耐性を付与する
能力、最も特別にはAvr4エリシター分子を発現する病原体に対する耐性を付与す
る能力、を保持しているものである。変異体または誘導体を作製するための配列
の変更は、1もしくは複数のアミノ酸の挿入、欠失または置換をもたらすような
、核酸中の1もしくは複数のヌクレオチドの挿入、欠失または置換のうちの1つ
もしくは複数によることができる。もちろん、コードされるアミノ酸配列に何ら
変化を生じないような核酸の変更も含まれる。
本発明の一面によれば、本明細書中に提供されるいずれかのコード配列とハイ
ブリダイズできるヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列を含んで成る核
酸も提供される。これの別の見方は、この面での核酸が本明細書中に提供される
いずれかのコード配列に相補的なヌクレオチド配列とハイブリダイズできること
である。もちろん、DNAは通常二本鎖であり、鎖の分離後、鎖のどちらがハイ
ブリダイズしているかその間に区別を付けることなくサザンハイブリダイゼーシ
ョンのようなブロット技術が実施される。好ましくは、ハイブリダイズできる核
酸またはそれの相補物は、宿主に病原体耐性を付与することができるポリペプチ
ドをコードし、即ち病原体耐性遺伝子を含有する。好ましいハイブリダイゼーシ
ョン条件は当業者に周知であるが、通常は他の配列を除外してしまう程に着目の
配列間に陽性のハイブリダイゼーションが起こるのに十分な位、緊縮である。
本発明の核酸、例えば本明細書中に開示される特定の配列の変異体、誘導体お
よび対立遺伝子は、下記の特徴のうちの1つもしくは複数により、またはCf-4ア
ミノ酸配列とその他の各配列との比較から直接引き出せる他の特徴により、また
は遺伝子機能の観察により、Cf-9,Cf-2および/またはCf-5から区別することが
できる:
− アミノ酸配列が、配列番号2のアミノ酸配列と少なくとも約95%の同一性を
有すること;
− 例えばAvr4を発現するクラドスポリウム・フルバム(Cladosporium fulvum
)品種(技術の現状で入手可能である)により与えられるようなAvr4エリシター
分子と植物とを接触せしめた時、該核酸を発現する植物において防御反応を誘発
すること;
− Research Institute for Plant Protection(IPO-DLO),PO Box 9060,6700
GW Wageningen,The Netherlands に受託番号IPO10379 のもとに寄託されており
且つそこから入手可能であるC.フルバム品種4またはそれの抽出物と植物とを
接触せしめた時、該核酸を発現する植物において防御反応を誘発しないこと;
− 前記機関に受託番号IPO50379のもとに寄託されており且つそこから入手可能
であるC.フルバム品種2,4またはそれの抽出物と植物とを接触せしめた時、
該核酸を発現する植物において防御反応を誘発しないこと;
− 例えばAvr4を発現するクラドスポリウム・フルバム品種または他の生物によ
り提供されるようなAvr4エリシター分子、WO 95/31564の配列番号13におよび本
明細書中の図4に与えられるアミノ酸配列およびそれをコードする核酸配列と植
物とを接触せしめた時、該核酸を発現する植物において防御反応を誘発すること
;
− 例えばAvr9を発現するクラドスポリウム・フルバム品種または他の生物によ
り提供されるようなAvr9エリシター分子(de Wit,1992)、例えばWO 95/18230
中に配列番号3としておよびWO 95/31564 中に配列番号4として与えられるキメ
ラ形態のアミノ酸配列およびそれをコードする核酸配列と植物とを接触せしめた
時、該核酸を発現する植物において防御反応を誘発しないこと;
− 例えばAvr2を発現するクラドスポリウム・フルバム品種または
他の生物により提供されるようなAvr2エリシター分子と植物とを接触せしめた時
、該核酸を発現する植物において防御反応を誘発しないこと;
− 例えばAvr5を発現するクラドスポリウム・フルバム品種または他の生物によ
り提供されるようなAvr5エリシター分子と植物とを接触せしめた時、該核酸を発
現する植物において防御反応を誘発しないこと;
− 該核酸および対応するエリシター分子を発現する植物において、Cf-9遺伝子
および対応するAvr9分子を発現する植物において誘発される防御反応よりも早い
発育段階で、防御反応を誘発すること;
− 対応するエリシター分子、例えばAvr4と植物とを接触せしめた時、該核酸を
発現する植物の非光合成組織(例えば根)において防御反応を誘発すること;
− Cf-4についての本明細書中に与えられる配列情報から同定することができる
高ロイシン反復配列(LRR)の数を含んで成ること。
Cf-4ポリペプチド、並びにCf-9,Cf-2およびCf-5のような他のものは、推定膜
貫通型タンパク質であることにより、他の病原体耐性遺伝子の生産物から区別す
ることができる。例えば、アブラナ科(Arabidopsis )RPP5遺伝子の遺伝子産物
は推定上細胞質タンパク質である。
本発明の核酸単離物は、植物中でのそれの発現が植物において防御反応の活性
化を引き起こすことができる病原体耐性遺伝子をコードし、配列番号2に示され
るアミノ酸配列を含んで成るポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含ん
で成ることができる。
そのような活性化は、病原体または対応するエリシター分子と植物との接触に
よることができる。
前記ヌクレオチド配列は配列番号1に示されるコード配列を含ん
で成ることができる。例えば、該配列は配列番号1のヌクレオチド201 〜2619を
含んで成ることができる。
前記核酸は、1もしくは複数のヌクレオチドの付加、挿入、欠失または置換に
よる、配列番号1に示されるコード配列の対立遺伝子、誘導体または変異体を含
んで成るヌクレオチド配列を含むことができる。
本発明の核酸は、植物中でのそれの発現が植物において防御反応の活性化を引
き起こすことができる病原体耐性遺伝子であって、ポリペプチドをコードするヌ
クレオチド配列を含んで成り、前記ポリペプチドが1もしくは複数のアミノ酸の
付加、挿入、欠失または置換による配列番号2に示されるアミノ酸配列の対立遺
伝子、誘導体または変異体を含んで成るアミノ酸配列を含んで成る病原体耐性遺
伝子をコードすることができる。
配列番号2のアミノ酸配列またはそれに対してかなりの程度の相同性を示すア
ミノ酸配列をコードするDNAをゲノムDNAとしてまたはcDNAとして含む
ことができる本発明の核酸単離物は、組換えベクター、例えばファージまたはコ
スミドベクターの形であることができる。該DNAは、宿主細胞(例えば植物細
胞)中での発現に備えて適当なプロモーターおよび調節因子の支配下にあっても
よい。ゲノムDNAの場合、これは自身のプロモーターおよび調節因子を含んで
もよく、ゲノムDNAの場合、これは宿主細胞の発現のための適当なプロモータ
ーおよび調節因子の支配下に置くことができる。
当業者は、組換え遺伝子発現のためにベクターを作製しそしてプロトコールを
考案するのに十分な能力がある。適当な調節配列、例えばプロモーター配列、タ
ーミネーター断片、ポリアデニル化配列、エンハンサー配列、マーカー遺伝子お
よび他の配列を適宜含む、適
当なベクターを選択しまたは作製することができる。更なる詳細については、例
えば、Molecular Cloning: A Laboratory Manual,第2版,Sambrook他,1989,
Cold Spring Harbor Laboratory Pressを参照のこと。例えば核酸構成物の調製
、突然変異誘発、配列決定、細胞中へのDNAの導入および遺伝子発現に用いら
れる核酸の工作のための並びにタンパク質の分析のための多数の既知技術および
プロトコールが、Short Protocols in Molecular Biology,第2版,Ausubel 他
編,John Wiley & Sons,1992 中に詳しく記載されている。Sambrook他および A
usubel他の開示、並びに本明細書中に引用される他の全ての文献は、参考として
本明細書中に組み込まれる。
本発明の核酸分子およびベクターは、実質的に純粋なまたは均質な形態で、即
ち必要な機能を有するポリペプチドをコードする配列以外のいずれの起源のまた
は着目の種の核酸もしくは遺伝子を含まないまたは実質的に含まない形で、それ
らの自然環境から単離されそして/または精製された状態で提供することができ
る。本発明の核酸はcDNA、RNA、ゲノムDNAを含んで成ることができ、
そして完全にまたは部分的に合成のものであることができる。「単離物」という
語はそれらの可能性の全てを包含する。
所定の遺伝子構成物を細胞に導入する時、当業者に周知の幾つかの考慮すべき
事柄を斟酌しなけれはならない。挿入しようとする核酸を、転写を促進する効率
的な調節因子を含む構成物の中で構築することができる。該構成物を細胞中に導
入する方法は入手可能であるに違いない。構成物が一端細胞膜の内側に入ったら
、本発明の様々な態様に従って内因性染色体物質中への組込みが起こってもよく
または起こらなくてもよい。最終的に、植物に関する限り、標的細胞のタイプは
細胞を完全な植物に再生することができるようなものであるべきである。
プレ配列を含むDNAセグメントにより形質転換された植物は、植物の遺伝子
操作について既に知られている標準技術によって作製することができる。任意の
適当な技術、例えば本来の遺伝子伝達能力を利用したアグロバクテリウム(Agro bacterium
)所有の武装解除Tiプラスミドベクター(EP-A-270355,EP-A-011671
8,Bevan,1984)、粒子もしくはマイクロプロジェクタイル衝撃(US 5100792,
EP-A-444882,EP-A-434616)、マイクロインジェクション(WO 92/09696,WO 94
/00583,EP 331083,EP 175966)、エレクトロポレーション(EP 290395,WO 87
06614)、または他の形態の直接DNA取込み(DE 4005152,WO 9012096,US 46
84611)を使って、DNAにより植物細胞を形質転換せしめることができる。ア
クロバクテリウム形質転換は、双子葉植物種を形質転換せしめるのに当業者によ
り広く利用されている。アグロバクテリウムは外来DNAにより幾つかの単子葉
植物種を形質転換せしめることができると報告されている(WO 92/14828)けれ
ども、アグロバクテリウムが非効率的であるかまたは無効である場合にはマイク
ロプロジェクタイル衝撃、エレクトロポレーションまたは直接DNA取込みが好
ましい。あるいは、異なる技術の組合せを使って、例えばアグロバクテリウムが
コーティングされた微粒子での衝撃(EP-A-486234)、または外傷を誘導するた
めのマイクロプロジェクタイル衝撃の後のアグロバクテリウムとの共生培養(EP
-A-486233)を使って、形質転換工程の効率を増大させることができる。
形質転換技術の特定の選択は、ある植物宿主を形質転換するそれの効率、並び
に選択した特定の方法を使って本発明を実施する人の経験および好みによって決
定されるだろう。植物細胞中に核酸を導入するための形質転換法の特定の選択は
、本発明にとって重要でないし本発明を制限するものでもない。
Cf-4遺伝子およびそれの変形、例えばCf-4遺伝子、それの対立遺伝子、変異体
および誘導体のタンパク質産物にかなりの程度の相同性を示すタンパク質をコー
ドするものは、植物に、特にトマトに、C.フルバムのような病原体に対する耐
性を付与するために用いることができる。この例としては、Cf-4遺伝子と同じ染
色体位置を有するトマト属〔ライコペルシコム・ヒルスツム(Lycopersicon hi rsutum
)〕からのクローン化DNAまたはそれの任意のサブクローン化断片を挙
げることができる。この目的で、上述のベクターをトランスジェニック植物の生
産に使うことができる。そのような植物はCf-4遺伝子により付与された病原体耐
性を有することができる。
本発明は更に、そのようなベクターにより形質転換された宿主細胞、特に植物
または微生物細胞を包含する。よって、本発明の核酸を含んで成る宿主細胞、例
えば植物細胞が提供される。細胞中、前記核酸は染色体中に組み込まれてもよい
。
本発明の核酸を含んで成るベクターは、特にゲノム中への組換えのために核酸
を細胞中に導入するのに該ベクターを使用する予定である場合には、プロモータ
ーを含む必要はない。
本発明によれば、本発明により提供されるようなヌクレオチド配列を、コード
されるポリペブチドの発現調節用プロモーターの作用可能な制御下において、そ
れのゲノム中に組み込んでいる植物細胞も提供される。本発明の他の面は、植物
細胞中にヌクレオチド配列を含んで成るベクターを導入することを含む、そのよ
うな植物細胞の作製方法を提供する。そのような導入の後、ベクターと植物細胞
のゲノムとの間の組換えによって前記ヌクレオチド配列をゲノム中に導入するこ
とができる。次いで、導入された核酸によりコードされるポリペプチドを発現せ
しめることができる。
本発明の植物細胞を含んで成る植物、並びにそのような植物の任
意のクローン、種子、自殖もしくは雑種後代および子孫、並びにそれらのいずれ
かの任意部分、例えば挿し木、種子も提供される。本発明は、任意の植物栄養分
体、即ち有性もしくは無性の繁殖または再生に使うことができる任意部分(挿し
木、種子などを含む)を提供する。
本発明は更に、植物のまたはそれの祖先の細胞中に核酸を導入する初期段階の
後、植物の細胞内での、配列番号2のアミノ酸配列、またはそれの変異体、対立
遺伝子もしくは誘導体、または有意に相同のアミノ酸配列をコードする核酸から
の発現(それによりコードされるポリペプチドを生産すること)を含んで成る方
法を提供する。そのような方法は該植物に病原体耐性を付与することができる。
これは、WO 91/15585(Mogen)にまたはより好ましくはWO 95/31564として公開
されたPCT/GB95/01075に記載された方法のいずれかに従って、Avr4遺伝子と、ま
たは病原体耐性を付与することに関与する他の任意の遺伝子と組み合わせること
ができる。
Cf-4,Cf-9およびCf-2遺伝子は、それらがトマト腐葉土C.フルバムの増殖を
防止する耐性をトマトに付与するという点で同じように機能する。しかしながら
、それらは異なるAvr 生産物の認識により動き、それらが病原体の増殖を止めて
耐性応答を刺激する速度に微妙な差がある(Hammond-KosackおよびJones 1994;
Ashfield他,1994)。それらの差は本明細書中およびWO 95/31564(前掲)に開
示される用途に最大限に利用することができる。
植物のゲノム中に安定に組み込まれた遺伝子は、世代から世代へと該植物の子
孫に受け継がれ、その子孫の細胞はコードされるポリペプチドを発現することが
でき、そのため増強された病原体耐性を有することができる。病原体耐性は、病
原体(例えばクラドスポリウム・フルバム)の和合性を評価することにより、ま
たは病原体非
病原性遺伝子(例えばAvr-4 )の組換え発現もしくは例えば本明細書中に記載さ
れるような組換えウイルスの形でのAvr-4 遺伝子産物の伝達を使うことにより、
決定することができる。
Cf-4遺伝子の配列分析は、Cf-9遺伝子(PCT/GB94/02812;Jones 他,1994)やCf-2
遺伝子(PCT/GB96/00785;Dixon 他,1996)と同様に、それが高ロイシン反
復(LRR)領域をコードするDNA配列を含むことを示し、そして相同性研究
は、LRRを含む他の遺伝子との強力な相同性があることを明らかにした。それ
らの3つの遺伝子は全て同様な一般的特徴を示し、それ自体今までに特徴付けら
れた他の耐病性遺伝子とは異なる耐病性遺伝子の新規クラスを意味する。
更なる面によれば、本発明は、新規耐性遺伝子を捜すために、病原体耐性遺伝
子間で、例えばCf-9とCf-4の間で、および/またはCf-4とCf-2の間で保存されて
いる1もしくは複数の配列を含んで成るオリゴヌクレオチドの使用を含む、植物
病原体耐性遺伝子を同定する方法を提供する。よって、病原体耐性遺伝子を含ん
で成る(病原体耐性を付与することができるポリペプチドをコードする)核酸を
得る方法であって、あるオリゴヌクレオチド(それの詳細は本明細書中に記載さ
れる)またはそのようなオリゴヌクレオチドを含む核酸分子を標的/候補核酸と
ハイブリダイズせしめることを含んで成る方法が提供される。標的または候補核
酸は、例えば、病原体耐性遺伝子をコードすることが知られている生物から得ら
れるゲノムまたはcDNAライブラリーを含んで成ることができる。ハイブリダ
イズするクローンを同定し、そして更なる調査および/または使用のために標的
/候補核酸を単離することができる。
ハイブリダイゼーションは、適当に緊縮な条件下で核酸を探査しそして陽性ハ
イブリダイゼーションを同定すること(既知技術に従
う)および/または核酸増幅方法(例えばPCR)におけるプライマーとしての
オリゴヌクレオチドの使用を必要とし得る。探査のための好ましい条件は、更に
調査することができるような、陽性として同定される少数のハイブリダイゼーシ
ョンを有する単純なパターンが得られるのに十分な位に緊縮である条件である。
少数の陽性クローンだけが残るまでハイブリダイゼーションの緊縮性を高めるこ
とは当業界で周知である。
探査に代わるものとして、まだ核酸ハイブリダイゼーションを使用するけれど
も、DNA配列を増幅せしめる目的でデザインされたオリゴヌクレオチドを、常
用手順を用いて、PCR反応においてまたは別の核酸増幅を含む方法において使
用することができる。例えば“PCR Protocols: A Guide to Methods and Applic
ations”,Innis 他編,1990,Academic Press,New Yorkを参照のこと。
プローブのまたはPCRプライマーのデザインに使われる適当な好ましいアミ
ノ酸配列は、病原体耐性を付与することができるポリペプチド間で保存された(
完全に、実質的にまたは部分的に)配列、例えばCf-4とCf-9により、および/ま
たはCf-4とCf-2により、および/またはCf-4,Cf-9およびCf-2によりコードされ
る配列である。
アミノ酸配列情報に基づいて、遺伝暗号の縮重、および適当な場合、候補核酸
が得られる元の生物のコドン使用頻度を考慮に入れながら、オリゴヌクレオチド
プローブまたはプライマーをデザインすることができる。
好ましくは、例えば核酸増幅に使われる本発明のオリゴヌクレオチドは、約10
以下のコドン(例えば6,7または8個)を有し、即ち長さが約30以下のヌクレ
オチド(例えば18,21または24)である。
PCR生成物が耐性遺伝子に相当するかどうかの評価は様々な方法で行うこと
ができる。PCRバンドは生成物の複雑な混合物を含
むことがある。個々の生成物をクローニングし、そして各々を、このプローブに
対して多形性を示した子孫において分離している既知の耐病性遺伝子への連鎖に
ついてスクリーニングすることができる。あるいは、PCR生成物を、変性ポリ
アクリルアミドDNA配列決定用ゲル上で多形性を示すことができるように処理
し、耐性遺伝子に関連づけられる特定バンドをクローニング前に予備選択してお
くことができる。一端候補のPCRバンドがクローニングされそして既知の耐性
遺伝子に関連づけられれば、それを使ってクローンを単離して、そのクローンを
他の特徴についておよびCf-9,Cf-2,Cf-4または他の関連遺伝子との相同性につ
いて詳しく調べることができる。その後で形質転換によりそれを分析して、着目
の植物の病気感受性品種への導入に対するそれの機能を評価することができる。
あるいは、PCRバンドまたはそれを分析することにより誘導された配列を使っ
て、植物育種家が有用な耐性遺伝子の分離をモニタリングするのを助けることが
できる。
それらの技術は、植物の病原体耐性遺伝子の同定に一般的に応用可能である。
この方法で同定することができる遺伝子のタイプの例としては、ジャガイモの疫
病菌フィトフトラ(Phytophthora)耐性、大麦やトウモロコシのような穀物のう
どんこ病耐性およびさび病耐性、キンギョソウ(Antirrhinum )や亜麻のさび病
耐性、レタスやアブラナ科(Arabidopsis )のべと病耐性、ジャガイモ、トマト
およびタバコのウイルス耐性、トマトの線虫耐性、アブラナ科やトマトの細菌病
原体に対する耐性、並びにトウガラシのザントモナス(Xanthomonas )耐性が挙
げられる。
一端病原体耐性遺伝子が同定されれば、当業者に周知の技術を使ってそれを植
物細胞の中に再導入してトランスジェニック植物を生産することができる。更な
る面によれば、本発明は、LRRの存在
により、または特に上述した技術により同定された植物病原体遺伝子のタンパク
質産物をコードするDNA単離物を提供する。
更に別の面によれば、本発明は、本明細書中に開示されるようにLRRの存在
によりまたは核酸ハイブリダイゼーションにより同定された病原体耐性遺伝子を
有するように遺伝子操作されているトランスジェニック植物、特に作物を提供す
る。
本発明に係る植物の例としては、タバコ、ウリ科、ニンジン、アブラナ科植物
、レタス、イチゴ、アブラナ科油料種子、サトウキビ、小麦、大麦、トウモロコ
シ、米、大豆、えんどう豆、モロコシ類、ヒマワリ、トマト、ジャガイモ、トウ
ガラシ、キク、カーネーション、ポプラ、ユーカリおよびパインが挙げられる。
本発明の変形並びにその他の面および態様は当業者に明白であろう。本明細書
中に引用される全ての文献は参考として組み込まれる。用語「含んで成る」とは
、「包含する」または「有する」という意味であって「から成る」という意味で
はないと解釈すべきである。
既に指摘の通り、本発明はトマトCf-4遺伝子のクローニングおよび配列決定に
基づいており、この実験操作について次の図面を参照しながら下記に更に詳しく
説明する。
図1は、Cf-9(Cf9)またはCf-4(Cf4)耐性遺伝子のいずれかを含むトマト(L .e sculentum
cv.Moneymaker)の近縁同質遺伝子系統(NIL;near isogenic li
ne)、C.フルバムに対する既知の耐性遺伝子を含まない系統(Cf0)、およびト
マト染色体1の短いアームにもマッピングされているCf-1耐性遺伝子を含む別の
系統(Cf1,L .esculentum cv.Stirling Castle)から単離された、BglIIで消
化したDNA断片のサザンブロットを示す。Cf-9遺伝子に相当する6.7 kbp の B gl
IIバンド、並びにCf-4含有系統に特異的であり且つ明細書本文中に記載される
3つの BglIIバンドの位置も示される。
図2は、Cf-4/Cf-9トランス異型接合体検定交雑集団からの5つの病気感受性
組換え体(V408,V512,V514,V516およびV517)の分析により同定された3クラ
スの組換え体を概略形で示す。Cf-4遺伝子座が上の行にCf-9遺伝子座が下の行に
描写される。Cf-9遺伝子に隣接する2つのAFLPマーカー(M1とM2,Thomas他
,1995)の位置が示される。それらのマーカーのうちの1つ(M2)はCf-4遺伝
子座にも存在する。幾つかの病気感受性組換え体に存在する、Cf-9に対して遠位
に位置する同義遺伝子ファミリー(multigene family)の別の2つのメンバー(
図中、遺伝子AおよびBとして示される)も示される。サザンハイブリダイゼー
ションとAFLP分析により推定された3クラスの各々における組換え区切り点は破
線により表される。
図3は、Cf-4/Cf-5コスミドライブラリーから単離された3つの重複コスミド
(4/5-108,4/5-129および4/5-138)から推定されるCf-4遺伝子座の物理的地図
を示す。各コスミドの物理的範囲が概略的に示され、そしてハイブリダイゼーシ
ョンと配列分析によって決定された3つのCf-9相同配列の位置が黒のボックスに
より表される。各遺伝子の転写極性は矢印により示される。Cf-4遺伝子の位置も
示される。次の酵素についての制限酵素部位も示される:BglII,PstI,EcoRI
および XbaI。Cf-9の5′末端から誘導したプローブに対して高い相同性を示す
3つの BglII断片(6.4 kbp,3.2 kbpおよび1.8 kbp)(図1参照)の位置が矢
印により示される。M2は、初めCf-9遺伝子座において同定されCf-4遺伝子座に
も存在するAFLPマーカーを表す。
図4は、C.フルバムのAVR4のプロセシング後の成熟形をコードすると提唱さ
れた配列に融合したPR1aシグナルペプチド配列をコードする、ClaI/SalI DN
A断片の核酸(二本鎖形態)配列と推定
アミノ酸配列を示す。翻訳開始コドンはヌクレオチド5のところで、翻訳終止コ
ドンはヌクレオチド413 のところで始まる。アミノ酸1〜30はシグナルペプチド
配列を表し、アミノ酸31〜136 は成熟AVR4ペプチドを表す。
図5は、Cf-4のゲノムDNA配列(配列番号1)を示す。該配列の特徴は次の
ものを含む:ヌクレオチド201 のところの翻訳開始部位;ヌクレオチド2619で始
まる翻訳終結;ヌクレオチド2835で始まる共通ポリアデニル化配列(AATAAA);
ヌクレオチド2641のところの3′非翻訳配列中のスプライス供与体配列;ヌクレ
オチド2755で終わるスプライス受容体配列;ヌクレオチド2955のところの推定上
のポリアデニル化部位。
図6は、一文字アミノ酸記号によるCf-4遺伝子の推定アミノ酸配列(配列番号
2)を示す。推定タンパク質配列は、806 アミノ酸の一次翻訳産物から構成され
;シグナルペプチド配列アミノ酸1〜23;成熟ペプチドアミノ酸24〜806 である
。
図7は、Jones 他(1994)によりCf-9について記載されそして本文中で考察さ
れるようなCf-4タンパク質の7つの提案される構造ドメインA〜Gを示す。Cf-9
に比較したCf-4中の欠失は、ドットにより表示される。2つのタンパク質を区別
するアミノ酸の大部分はそれらの各々のN末端に位置しており、図中太ボールド
字体で示されている。潜在的N−グリコシル化配列には下線が引かれている。
図8は、Cf-4配列とCf-9配列の間の2つの主要配列相違領域を示す。(A)ド
メインBのCf-9アミノ酸40〜79(上の行)とCf-4アミノ酸40〜69(下の行)との
整列。(B)Cf-9アミノ酸285 〜426(LRR 9〜14)とCf-4アミノ酸274 〜369
(LRR 9〜12)との整列。
図9は、本明細書中で報告するトランスジェンの発現に広く用い
られる4つのバイナリーベクタープラスミドの構造を示す。LBおよびRBは、
各ベクター中のT−DNAの左端および右端に相当する。植物形質転換マーカー
遺伝子はLB末端に置かれ、そしてネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝
子(NPT)またはホスフィノトリシンに対する耐性を付与するストレプトマイ
セス・ヒグロスコピカス(Streptomyces hygroscopicus)由来の遺伝子(BAR
)であった。形質転換マーカー遺伝子はカリフラワーモザイクウイルス35Sプロ
モーター(35S)かまたはA.ツメファシエンス(A. tumefaciens)由来のノパ
リンシンターゼ遺伝子プロモーター(pnos)の調節下に置かれた。翻訳終結シグ
ナルはA.ツメファシエンスのオクトピンシンターゼ遺伝子3′配列(ocs3' )
により提供された。SLJ7291,SLJ7292およびSLJ755A は全て、図面中に指摘され
る制限酵素部位を有するポリリンカー配列を含む。このポリリンカー配列は、Jo
nes他(1992)により記載された変形pBluescriptプラスミドから得られた。全て
の遺伝子の転写方向は矢印により示される。全操作はJones 他(1992)により記
載された通りに実施した。SLJ10080は、ClaIでの線状化、T4 DNAポリメラーゼ
処理および自己連結によりポリリンカー配列中の ClaI部位を除去することによ
りバイナリーコスミドベクターpCLD04541 から誘導した。
SLJ4K1からの35S:uidAカセットをEcoRI /BamHI 断片として生成プラスミドの
中にクローニングした。一過性発現実験用にCf-4およびCf-9コード配列を ClaI
/BamHI 断片としてクローニングしてuidA遺伝子と置き換えた(図10参照)。プ
ラスミドSLJ755A およびpCLD04541並びにそれらの誘導体は、コスミドクローニ
ングベクターとして使われるラムダファージ配列(cos)を含有する。
図10は、一過性アッセイにおけるCf-9(pCf9/10080)およびCf-4(pCf4/10080
)の発現用のバイナリーベクターを示す。各構成物の
詳細については明細書本文を参照のこと。
図11は、C.フルバム非病原性遺伝子Avr9またはAvr4のいずれかと組み合わせ
た、35Sプロモーター(35S)の支配下にCf-9またはCf-4遺伝子のいずれかを含
む4つのバイナリー構成物を示す。非病原性遺伝子も35Sプロモーターの支配下
にあり;転写終結配列はA.ツメファシエンス(A .tumefaciens)オクトピンシ
ンターゼ遺伝子3′非翻訳領域(ocs3' )により提供された。各プラスミドの作
製(詳細については明細書本文を参照のこと)に関係のある制限酵素部位だけが
示されている。トマトCf-4遺伝子の位置クローニング
(1) Cf-4マップ位置
本発明者らは、トマトの古典的地図およびRFLP地図(Dickinson他,1993;Jon
es 他,1993;Balint-Kurti他,1994;Thomas他,1995)上にC.フルバムに対
する耐性を付与する数個の遺伝子をマッピングした。それらの研究は、Cf-4とCf -9
が、染色体1の短いアーム上の2つのRFLPマーカーCP46とTG236 により境界が
定められた6 cM範囲内の類似位置にあることを証明した。Cf-4とCf-9は、それの
近縁野性種であるL .hirsutum およびL .pimpinellifolium から培養されたトマ
ト中に遺伝子移入されている(Jones 他,1993参照)。本発明者らの遺伝子分析
は、それらの遺伝子が密接に連鎖しているか、もしかすると対立遺伝子かもしれ
ないことを示唆する。本発明者らは、トウモロコシのトランスポゾン切断因子(
Jones 他,1994;PCT/GB/02812)を使ったトランスポゾン標識法によりCf-9を単
離した。この結果、位置クローニングによりCf-4を単離することが可能になった
。
(2) Cf-4遺伝子候補の同定
Cf-9,Cf-4またはC.フルバムに対する未知の耐性遺伝子を含む
トマトのNILからDNAを単離し、それを制限酵素 BglIIで消化した。Cf-9の
5′末端を含むプローブpCf9XSを使ったサザンハイブリダイゼーション分析(Jo
nes 他,1994)は、3系統の間に広範囲に渡るRFLPがあることを明らかにした(
図1)。この結果は、それらの耐性遺伝子が異なる種から遺伝子移入されている
ことと、この遺伝子ファミリーの複数メンバーが同じ遺伝子移入染色体セグメン
ト上に存在することから推測された。
候補のCf-4遺伝子を同定するために、Cf4 NIL とCf9 NIL を交雑してCf-4/Cf -9
トランス異型接合体を作製した。次いで子孫をCf0と交雑してF1検定交雑集団
を得た。約7,500 の子孫に、Cf-4かCf-9のいずれかを含む植物に不和合性である
C.フルバム品種5を接種した。もしCf-4とCf-9が対立遺伝子であるなら、トラ
ンス異型接合性の親において遺伝子内組換えがたとえ低頻度でも起こり得ると我
々は推論した。場合によっては、これは各遺伝子の耐性特異性を取り去るかもし
れない。そのような組換え染色体を含む子孫は、病気感受性個体として本発明者
らの分析により検出されるだろう。
あるいは、もしCf-4とCf-9が対立遺伝子でなくて密接に連鎖しているだけなら
、同じく低頻度で遺伝子間組換えが起こり、耐性遺伝子を両方とも含むかまたは
両方とも含まない組換え体を生じるだろう。後者の組換え体のクラスは、減数分
裂時の染色体の誤対合や不等交雑の結果としても生成することがある。本発明者
らの分析では、Cf-4とCf-9を欠く子孫のみが同定された。7,500 の検定交雑子孫
の中で5つのそのような病気感受性組換え体が検出された。それらの個体を自家
受粉させそしてその子孫を再びC.フルバム品種5を使って試験して、それらがCf-4
とCf-9の両方を失っていることを確かめた。組換え染色体について同型接合
である子孫も同定された。これは、その後のサザンハイブリダイゼーション分析
を単純化するた
めに行われ、Cf-9に対して2.5 cM 遠位に位置するRFLPマーカーCP46(Balint-K
urti他,1994;Thomas他,1995)のCf9 対立遺伝子について同型接合である個体
を同定することによって達成された。
プローブとしてpCf9XSを使った5つの罹病性個体(V408,V512,V514,V516お
よびV517)からの BglII消化DNAのサザンハイブリダイゼーション分析は、予
想通り、全てがCf-9遺伝子に相当する6.7 キロ塩基対(kbp)の BglIIバンド(Joh
ns 他,1994)および該遺伝子の近位に位置する多数の他のバンドを欠いている
ことを確証した。この遺伝子ファミリーのうちの異なるメンバーを含んで成りそ
してCf-9遺伝子に対して遠位に位置する2つの別の BglIIハンドは、ある組換え
体では存在したが別のものには存在しなかった(図2)。Cf-4含有系統に存在す
る3つの BglIIバンド(6.4 kbp,3.2kbp および1.8 kbp、図1)も一貫して罹
病性個体に欠けており、よってCf-4遺伝子の候補であった。この後者の結果は C
f4×L.pennelliの交雑からのF2植物の分析結果と一致する。TG236/CP46範囲で
組み換わったF2個体の特別クラスが、以前に記載された通り(Balint-Kurti他
,1994;Thomas他,1995)葉材料のPCR分析により同定された。それらの結果
は3つの BglII制限断片がCf-4と共に分離することを証明した。サザンハイブリ
ダイゼーションとAFLP分析を使って、本発明者らは図2に示される3クラスの組
換え体を区別することができた。それらの結果は、Cf-4とCf-9の両方を欠く組換
え染色体を生じる染色体誤対合および不等交雑のモデルと一致したが、その証拠
とはならない。
(3) Cf-9相同配列を含むバイナリーベクターコスミドクローンの単離
染色体1上のCf-4遺伝子と染色体6上のCf-9遺伝子の両方を含む保存株から、
両遺伝子を単離するためにライブラリーを使うことが
できるようにゲノムDNAライブラリーを作製した。該ライブラリーは、英国ノ
リッジのJohn Innes Centre のC.Dean 博士から入手したバイナリーコスミドク
ローニングベクターpCLD04541 中に作製した(Bent他,1994参照)。そのような
クローニングベクターの使用は、単離されるどんなクローンでも、クローン化遺
伝子の機能について試験する目的で植物中に直接導入することができるために有
利である。
当業者に周知の技術を使って(Thomas他,1994)6週齢の温室栽培植物の葉か
ら高分子量DNAを単離し、 MboI制限酵素で部分消化した。当業者に周知の技
術を使って、部分消化生成物をショ糖勾配を用いてサイズ分画し、そしてサイズ
範囲20〜25 kbpのDNAをBam HIで消化したpCLD04541 DNAと連結せしめた。
Stratageneパッケージング抽出液を使って試験管内パッケージングした後、エシ
ェリキア・コリ(Escherichia coli)株SURETM(Stratagene)のテトラサイクリ
ン感受性変異株の中に前記コスミドを導入した。
pCLD04541 上のテトラサイクリン耐性遺伝子を使って組換え体を選択した。
プールあたり約1500個のクローンを含む144 のプールに前記ライブラリーを無
作為に分配し、各プールから細胞を増殖させ、そして10mlの細胞のうち、9mlを
大量プラスミドDNA抽出に使い、そして1mlを0.2 mlのグリセロールの添加後
に凍結保存物の調製に使った。アルカリ溶解(BirnboimおよびDoly,1979)によ
り該プールからプラスミドDNAを単離し、そしてDNA試料を、Cf-9含有トマ
ト系統からpCf9XS断片を増幅させるのに使用したプライマーF7とF10(Jones
他,1994)を用いたPCR分析にかけた。このライブラリーからのプール 108,
129 および138 はF7/F10PCR生成物について陽性のプールであると同定さ
れた。各プールごとに、約
10,000コロニーを平板培養し、放射性標識pCf9XSを使ったコロニーハイブリダイ
ゼーションにより探査した。各プールから単一の相同クローンを単離した。それ
らの技術は当業者に周知である。
4/5-108,4/5-129および4/5-138と命名した3つのコスミドクローンを、プロ
ーブとしてpCf9XSを使ったサザンブロットハイブリダイゼーションと制限酵素マ
ッピングにより更に特徴づけた。3つのコスミドの物理的関係を図3に示す。こ
の分析は、前に記載した結果と一致する、6.4,3.2および1.8 kbp のBgl II制限
断片上に、pCf9XSとの高相同性を示す3つの領域があることを示した(図1およ
び2)。これらの3つの領域を適当なコスミドクローンからPstI断片としてサ
ブクローニングし、当業者に周知の技術を使って、Cf-9ゲノム配列を決定するの
に以前に使われたオリゴヌクレオチドプライマー(Jones 他,1994)に加えて、
3つの相同体の各々に特異的な新たなプライマーを使って、それらのDNA配列
を決定した。それぞれコスミド4/5-108 と4/5-129 から誘導した PstIクローン
から、相同体IおよびIIのDNA配列を完全に決定した。相同体IIIを含むコス
ミド4/5-129 からの PstI断片のDNA配列分析は、このコスミドがこの遺伝子
の完全コピーを含まないことを示唆した。物理的マッピングデータは、この配列
がコスミド4/5-138 上ではより大きく先端が切り取られていることを示唆する(
図3)。この説明は、Cf-4/Cf-5cDNAライブラリーから単離された相同体II
IのcDNAクローンのDNA配列分析により確かめられた。この分析は、コス
ミド4/5-129 上の相同体IIIのコピーがそれのC末端のところで74アミノ酸だけ
切り取られていることを示した。相同体I(862アミノ酸)、相同体II(806 ア
ミノ酸)および相同体III(855 アミノ酸)の推定アミノ酸配列は全て、Cf-9に
対して高レベルの相同性(それぞれ86.5%、91.5%および86.5%が同一アミノ酸
)を示す。
(4) 植物におけるCf-4遺伝子機能についての効率的アッセイの開発
トランスジェニック植物中での推定上のクローン化Cf-4遺伝子の機能は、様々
な方法で評価することができる。まず第一に、対応する非病原性遺伝子Avr4を含
むC.フルバム品種を接種してその品種がトランスジェニック植物において不和
合性応答を与えるかどうかを試験することにより;第二には、AVR4を含有する和
合性相互作用から単離された細胞内液体を、トランスジェニック植物の葉に注入
することにより;第三には、Cf-9/AVR9相互作用の研究において以前に記載され
たように(Hammond-Kosack他,1995)組換えジャガイモウイルスXの形でAVR4を
伝達せしめることにより、評価することができる。
AVR4をコードするC.フルバム遺伝子のDNA配列、およびプロセシング後の
成熟形ポリペプチドのアミノ酸配列は既に報告されている(Joosten 他,1994)
。我々は、C.フルバム品種2,5からプライマーを使ってAvr4遺伝子を発表さ
れた配列にPCR増幅せしめ、提案された成熟ポリペプチドをコードする配列を
、タバコPR1aタンパク質のN末端シグナルペプチドをコードするDNA配列に融
合せしめた。これは、該遺伝子が発現されるトランスジェニック植物中の細胞内
空間に向けたAVR4のターゲッティング(標的指向化)を促進するだろう。このキ
メラ遺伝子(SPAvr4)を、以前に記載された通り(Hammond-Kosack他,1995)Cl a
I/SalI DNA断片として(図4)ジャガイモウイルスXのcDNAコピーの
中に挿入して、 PVX:SPAvr4を作製した。この組換えウイルスの感染性転写物を
試験管内転写により得た。全ての核酸操作は当業者に周知の標準技術を使って実
施した。
3週齢のトマト実生において組換えウイルスを試験するために対照実験をデザ
インした。ウイルス接種部位においてわずかな機械的
損傷の印を示しただけのCf0 対照とは対照的に、Cf-4含有植物では接種後(d.p.
i.)3日目に子葉が乾燥しているように見えそして最終的に落果した。Cf0 植物
は、野性型ウイルスで観察される病徴、即ち退緑(クロロシス)モザイク病徴に
匹敵する目に見えるウイルス感染の病徴を7〜10 d.p.i.に表した。4〜5 d.p
.i.に、Cf-4含有植物では、おそらくCf-9含有植物においてAvr9を含むPVXを
使った同様な実験で以前に記載されているようなウイルスの全身普及のために(
Hammond-Kosack他,1995)、より若い葉に壊死病斑が観察された。他の特徴とし
ては、葉柄および茎における壊死セクターが挙げられる。この壊死表現型が全身
に広がるのが観察され、そして14 d.p.i.にはCf-4含有実生の大部分が枯死して
いた。Cf0 対照植物は枯れなかったが退緑と葉脈透化の病徴を示した。従って、
この手法は植物におけるCf-4機能についての迅速且つ信頼できるアッセイを提供
するので、潜在的にCf-4遺伝子を含む個体を同定するためにトランスジェニック
植物に適用した。
(5) Cf-4遺伝子のゲノムコピーを含有するバイナリーベクターコスミドクロー
ンの同定
Cf-4/Cf-5バイナリーベクターコスミドライブラリーから単離した3つのバイ
ナリーベクターコスミドクローン(4/5-108,4/5-129および4/5-138)のうちど
れかCf-4遺伝子を含むものがあるかどうかを調べるために、当業者に周知の方法
を使ってトランスジェニックトマト(Lycopersicon esclentum)およびタバコ(Nicotiana tabacum
cv Petite Havana)植物を作製した(Fillatti他,1987;Ho
rsch他,1985)。
12のトマト形質転換体に PVX:SPAvr4を接種することによりCf-4活性が検出で
きるように、挿し木によりトランスジェニック植物を繁殖させた。コスミド 4/5
-108を含むトランスジェニックトマト植
物は1つも(0/3)PVX:SPAvr4依存性の葉壊死を示さなかった。対比して、
コスミド 4/5-129を含む8つの形質転換体のうちの6つと、コスミド 4/5-138を
含む4つの形質転換体のうちの3つが、3〜4 d.p.i.に接種した葉において葉
壊死を示した(表1)。この壊死はCf-4対照植物において前に観察されたように
最終的には全身に広かった。壊死葉セクターを示すトランスジェニック植物は最
終的に枯れた。1回目の形質転換実験から得られた多数のトランスジェニック植
物の挿し木を、C.フルバム品種5の接種によりCf-4機能について更にアッセイ
した(表1)。
それらの試験では、PVX:SPAvr4依存性壊死を示すトランスジェニック植物と
クラドスポリウム・フルバム(Cladosporium fulvum)品種5に耐性のものとの
間に、正の相関性が観察された(表1)。和合性の対照植物(Cf0)では病原体増
殖が観察されたが、不和合性の対照植物(Cf2)では観察されなかった。幾つかの
トランスジェニック植物の自家子孫を再びC.フルバム品種5で試験し、その形
質が遺伝性であることを確かめた。これは事実であると証明され、大部分の場合
、単座T−DNA形質転換体と一致したほぼ3:1の比で耐性が分離した(表2
)。品種4がAvr4ペプチドを発現しないことから(Joosten 他,1994)予想され
る通り、C.フルバム品種5に対するトランスジェニック子孫耐性は品種4に対
する耐性を付与しなかった。
相同体IIIはコスミド 4/5-108に完全に欠けており、そしてこの遺伝子の先端
が切り取られたコピーのみが他の2つのコスミド上に存在する。従って、相同体
IIIはCf-4の候補でなさそうである。Cf-2の場合に起こるように(Dixon 他,199
6)、この遺伝子座上の複数の遺伝子がAVR4ペプチドの認識と病原体耐性を付与
することはあり得る。しかしながら、後者の例(Cf-2)では2つの遺伝子がほと
んど
同一であり、ここに記載する3つのCf-9相同遺伝子の推定アミノ酸配列とは対照
的である。相同体Iの完全コピーは3つのコスミドの全てに存在する(図3)。
コスミド 4/5-108の物理的地図作成およびPCR決定は、このクローンにおいて
相同体IIの先端が切り取られており、それのC末端からの54アミノ酸並びに3′
非翻訳領域並びに関連の転写終結およびポリアデニル化配列を欠いていることを
示した。
それらのデータは明らかに、相同体IIがCf-4遺伝子と関係があるとする。PVX
:SPAvr4依存性葉壊死およびC.フルバム品種5に対する耐性は、相同体IIの完
全コピーを含むバイナリーベクターにより形質転換されたトランスジェニック植
物においてのみ明白である(表1)。pCf9XSプローブを使った多数の耐性一次形
質転換体(4/5-129A,4/5-129B,4/5-129D,4/5-129G,4/5-129H,4/5-138Aおよ
び4/5-138B)のサザンハイブリダイゼーション分析は、それら全てが相同体IIに
特徴的な3.2 kbp のBglII DNA断片を含むことを示した。
相同体IIが特異的にAVR4を認識することは、前記3つのコスミドを含むトラン
スジェニックタバコ(N .tubacum)植物の分析の結果により更に実証される。PV
X:SPAvr4を接種した時(表3)、コスミド 4/5-129を含む形質転換体の大部分
(7/10)およびコスミド4/5-138 を含む形質転換体の大部分(4/5)が3〜
4 d.p.i.にウイルス接種部位のところに、幾つかのウイルス耐性変種において
ウイルス接種に応答して見られる病斑と外観上同じ、壊死病斑を示した。それら
の個体では、壊死は局部病斑にとどまらずに最終的には合体し、そして7〜10 d
.p.i.には葉壊死がウイルス感染の全領域に渡ってはっきり見られる。幾つかの
形質転換体では、PVX:SPAvr4に対する反応がもっと急性であり、葉壊死セクタ
ーを3〜4
d.p.i.に観察することができる(表3)。それらの表現型は、コスミド 4/5-108
を含むトランスジェニックタバコ(0/5,表3参照)でもPVX:SPAvr4でチャ
レンジした非形質転換対照植物でも観察されなかった。
(6) 相同体IIによりコードされるタンパク質の分析
相同体IIのDNA配列(配列番号1、以後Cf-4と呼称する)を図5に示す。こ
の配列は、概念翻訳上では配列番号2(図6)により示されるような806 アミノ
酸タンパク質をコードする、長い連続した転写解読枠を含む。3′隣接領域にお
けるCf-4とCf-9の間の核酸配列相同性は非常に高く、cDNA分析により決定さ
れたCf-9転写産物(Jones 他,1994)の終止コドンとポリアデニル化部位の間で
はそれらが全く同じである。
Cf-4転写産物から誘導したPCR増幅後のcDNAクローンの分析は、それがCf-9
と同じように3′非翻訳領域中に1つのイントロンを含むことを示す(図5
)。
Cf-4アミノ酸配列とCf-9の863 アミノ酸配列との比較は、それらが高度に相同
であること(91.5%同一、95.5%類似)を示した。Cf-9
の場合と同じように、Cf-4アミノ酸配列はJones 他(1994)により提唱され
たような7つの推定構造ドメイン(図7)を有する。
ドメインA(アミノ酸1〜23)はシグナルペプチド配列と一致する。
ドメインB(アミノ酸24〜81)はCf-4の成熟N末端領域に相当する;この領域
はCf-9に比較して10アミノ酸の欠失を含む。
ドメインC(アミノ酸82〜702 )は24アミノ酸LRR配列の26の不完全コピー
を含む。この領域は、Cf-9に比較して、LRR 10 で始まりそしてLRR 12 で
終わる2つの完全LRRに相当する46アミノ酸の欠失を含む(図7)。Cf-9とCf -4
の間のアミノ酸変異はタ
ンパク質のN末端半分にも存在する(図7)。この領域はおそらく、同族の非病
原性ペプチドとまたは適当な非病原性ペプチドに結合する別の因子と特異的に相
互作用する各タンパク質中の領域を表すのだろう。
この領域に対してC末端側の配列では、推定Cf-4とCf-9タンパク質は高度に相
同である;Cf-4のアミノ酸455 〜806 とCf-9のアミノ酸512 〜863 (Jones 他,
1994)が同一である。
ドメインD(アミノ酸703 〜730)は何も目立った特徴を持たない。
ドメインE(アミノ酸731 〜748)は10個の負に帯電した残基を含み著しく酸
性である。
ドメインF(アミノ酸749 〜785)は非常に疎水性であり、膜貫通領域と一致
する。
ドメインG(アミノ酸786 〜806)は著しく塩基性であり、8個の正に帯電し
た残基とわずか2個の負に帯電した残基を有する。
Cf-4タンパク質は、Cf-9と同様に、細胞膜結合型の細胞質外タンパク質に予想
される性質の多くを有する。
(7) AVR4ペプチドを発現するトマトトランスジェニック植物
前の研究は(Hammond-Kosack他,1994)、AVR9を発現するトランスジェニック
植物と交雑したCf-9含有植物の子孫が発育段階で調節される植物枯死を示すこと
を証明した。発芽する実生は、子葉に壊死が観察される発芽後(dpg)10日目ま
でにそれらの野性型相応物と表現型上区別可能である。この壊死は進行性であり
、15 dpgには実生が枯れる。
本発明者らは、SP:AVR4カセット(図4)をClaI/BamHI 断片としてベクター
SLJ4K1(Jones 他,1992)の中にクローニングして、安定な発現に備えて植物プ
ロモーター(CaMV 35S)と転写終結
(nos3' )調節配列を提供した。このクローンをpAVR4/4K1 と命名した。35S:
Avr4:nos3’カセットを BglII/HindIII断片として切り出し、 BglIIとHindIII
で消化したバイナリー形質転換ベクターSLJ7291(図9)の中にクローニングし
て、プラスミドpAVR4/7291を作製した。
トランスジェニック植物を作り、Cf4 系統との検定交雑によりAVR4発現につい
てスクリーニングした。検定交雑子孫を実生致死表現型についてスクリーニング
した。6つの独立した形質転換体との交雑から、野性型実生と壊死実生に1:1
分離する子孫を同定した(AVR4/7291J,AVR4/72910,AVR4/7291L,AVR4/7291N,
AVR4/7291MおよびAVR4/7291G)。
それらの子孫では、壊死の発現パターンがAVR9とCF-9を発現する植物において
記載されたものと本質的に同様であった。
AVR4/7291G(雌性親)とCf-4を発現する一次形質転換体(4/5-129H)との別の交
雑からの子孫では、単座半接合性植物間の交雑に予想される通り、子孫(野性型
35:壊死型10)の25%において実生致死が観察された。それらの実生を生育室の
中で普通寒天中で発芽させると、壊死のパターンが上述の対照交雑とは異なって
いた。最終的に壊死を示した実生はそれらの野性型同胞と比較して矯化し、壊死
はより早期の発育段階で明白であった。更に、Cf-9とAVR を発現する植物では観
察されない表現型である、根の部分に壊死セクターも観察された。4/5-129Hの子
孫に PVX:SPAvr4を接種した実験では、Cf4 対照植物よりも早期に壊死が明白に
なった。この現象は、T−DNA挿入の染色体位置の結果として増大された形質
転換体 4/5-129H中のCf-4発現を反映するのかもしれない。
この結果は、非光合成組織、例えば根において十分なレベルのCf-4が発現され
るならは、AVR4の存在下で壊死が誘発され得ること
を示唆する。従って、この結果は、広範囲の植物、例えば作物において、様々な
組織の中で耐病性を工作するため、特に根系生息菌または線虫のような根病原体
に対する耐性を作るために、二成分系(例えば WO 95/31564)を使用することを
暗に示す。
(8) 相同体IIのみを含有するトマトトランスジェニック植物
相同体IIがAVR4認識とC.フルバム品種5に対する耐性の原因であるという結
論を更に調べるために、自身のプロモーターまたは植物中で高レベルの遺伝子発
現を指令することができるプロモーター、即ちカリフラワーモザイクウイルス35
Sプロモーター(35S;Jones他,1992参照)の支配下の相同体IIを使って、ト
マトトランスジェニック植物を作製した。それらの作製は当業者に周知のDNA
操作と修飾を必要とした。
コスミド 4/5-129からの6.0 kbp PstI断片(129P1、図3参照)を、ポリリン
カー配列からのEcoRI およびHindaIII制限部位を欠く変形pUC119ベクターの中に
クローニングして、クローンp129P6A を得た。このクローンにまずオリゴヌクレ
オチド突然変異誘発を行って、それぞれヌクレオチド308 と312 で始まる内部のXba
IとEcoRI制限部位を除去し、クローンp129P6A-3 を作製した。そのような変
更はCf-4タンパク質の推定アミノ酸組成を変えなかった。
自分自身のプロモーターの下で相同体IIを発現させるために、p129P6A-3から6
.0 kbp xbaI/BamHI カセットを切り取り、xbaI/BamHI で消化したSLJ7291(図
9)の中にクローニングして、クローンpCf4XB/7291 を作製した。植物中で高レ
ベルのCf-4発現を与えるであろうベクターの作製のために、更にオリゴヌクレオ
チド突然変異誘発によりp129P6A-3 に遺伝子操作を行った。同じく、この変更は
Cf-4タンパク質の推定アミノ酸組成を変えず、全ての変更は完成構成物のDNA
分析により確認した。
これらの変更としては次の追加の修飾が挙げられる:(i)構成物SLJ4K1(Jones
他,1992)中の35Sプロモーターへの融合を促進するための、ヌクレオチド197
(図5)で始まるClaI制限部位(ATCGAT)の導入;(ii)ヌクレオチド1766で始
まる内部HindIII制限部位の削除;(iii)ヌクレオチド2096で始まる内部 BglII部
位の削除;(iv)ヌクレオチド2685で始まる3′非翻訳領域中の ClaI制限部位の
削除。
変形相同体IIコード配列と3′非翻訳領域をClaI/BamHI 断片として切り出し
、それをSLJ4K1(Jones 他,1992)中にクローニングしてプラスミドp4K1/Cf4を
作製した。35S:Cf-4カセットを BglII/HindIII断片として切り取り、それをB am
HI /HindIIIで切断されたSLJ7291 中にクローニングしてプラスミドp35SCf4/
7291を作製した。前記2つのバイナリーベクタークローンを使ってトマトトラン
スジェニック植物を作り、上述した通りに PVX:SPAvr4またはC.フルバム品種
5の接種により試験した。
pCf4XB/7291 を含む幾つかの独立形質転換体が、 PVX:SPAvr4を接種した時に
全身性壊死を示した(表4)。試験した3つのトランスジェニック植物のうちの
2つが、C.フルバム品種5に対しても十分に耐性であった。p35SCf4/7291を含
む8つのトランスジェニック植物が PVX:SPAvr4依存性壊死を示し、また幾つか
の試験植物はC.フルバム品種5に対して十分な耐性を与えるように見えた(表
4)。
これらの結果は、相同体IIがAVR4認識におよびC.フルバム品種5に対する十
分な耐性を付与するのに必要且つ十分であることを証明する。
(9) 相同体IIのみを含有するタバコトランスジェニック植物
先行実験は、Cf-9とAVR4を発現するトマト子孫において観察され
る実生致死表現型がタバコでも観察され得ることを示した。コスミド 4/5-129か
らサブクローニングした2つの PstI断片(図3)のいずれかを含有するバイナ
リーベクタープラスミドを作製した。それらの断片を当業者に周知の技術を使っ
てプラスミドSLJ755A 中にクローニングし、プラスミドp129P1/755とp129P2/755
を作製した。バイナリーベクターSLJ755A は、アグロバクテリウム・ツメファシ
エンス(A .tumefaciens)nos 遺伝子プロモーターの支配下にストレプトマイセ
ス・ヒグロスコピカス(Streptomyces hygroscopicus)BAR 遺伝子を含有する。
この遺伝子は、除草剤ホスフィノトリシンに対する耐性を付与することにより、
植物において形質転換マーカーとして用いられている(Jones 他,1992)。
これらの構成物はタバコ形質転換実験に上手く使えたが、トマトには使えず、
トマト形質転換には別のベクターを使った(上記参照)。
トランスジェニックタバコ植物に PVX:SPAvr4を接種し、上述したバイナリー
コスミドベクター形質転換実験において観察されたような壊死病斑またはセクタ
ーの出現をモニタリングすることにより、Cf-4活性について試験した。p129P2/7
55A を含む7つのトランスジェニック植物のうち特徴的な壊死病斑やセクターを
示したものはなく、これに対してp129P1/755A を含む13のトランスジェニック植
物のうちの10個がそのような表現型を示した(表5)。この結果は、相同体IIがCf-4
機能を付与するという前の観察結果と再び一致する。
pAVR4/7291(上記参照)を含むタバコトランスジェニック植物も作製した。Cf -4
を発現するp129P1/755A を含む一次形質転換体(雌性親株として)をpAVR4/72
91トランスジェニック体と交雑して、F1子孫における実生致死をモニタリング
することにより、AVR4を発現する個体を同定した。AVR4を発現する数個のトラン
スジェニック体が同定された(AVR4/7291 I,AVR4/7291 KおよびAVR4/7291 J)
。
検定交雑した全てのF1子孫(表5)において、両方のトランスジェニック体
が致死に必要であるならば単一T−DNA遺伝子座半接合性両親の子孫について
予測される通り、実生の25%において致死が観察された。実生致死の発育段階で
の発現の変化は、少なくとも巨視的レベルでは、様々な交雑の子孫において全く
観察されなかった。しかしながら、Cf-4/AVR4相互作用で観察される表現型は、
Cf-9/AVR9相互作用で観察される表現型とは異なっている。
具体的には、タバコ実生致死は実生発育の早期段階で観察される。(普通寒天
上への)播種後7日目に、野性型同胞はCf-4/AVR4を発現しているものと容易に
区別することができる。Cf-4とAVR4を発現する実生の子葉は完全に伸長せず、検
知できる量のクロロフィルを生産しない。実生の大部分において、種皮が1つの
子葉に付着した状態かまたは2つの子葉を取り囲んだ状態のままである。後者の
特徴は、Cf-9/AVR9を発現するタバコ実生では観察されなかった。播種後14日目
、Cf-4/AVR4を発現する実生の子葉は完全に壊死しているように見える。それら
の実生はCf-9/AVR9相互作用について報告されたような広い根系を発生すること
もできない。
これらの結果は、Cf-9/AVR9相互作用について報告されたものより早い発育段
階で実生致死が表れることを示唆する。
(10) Cf-4およびCf-9活性をモニタリングするための一過性発現アッセイ
我々の研究室での実験は、CaMV 35Sプロモーターの調節下にあるバイナリーベ
クタープラスミド上の遺伝子が、A.ツメファシエンス(A .tumefaciens)菌の
懸濁液を浸潤させることによって葉の中に導入されると、タバコ(Nicotiana t abacum
)葉細胞において一過性発現され得ることを証明した。AVR9を発現する安
定なトランスジェニック体の35S:Cf-9浸潤葉パネルを使った実験で、浸潤領域
において壊死が観察された。この表現型はAVR9を発現する植物に特異的であった
。uidA(GUS)レポーター遺伝子のイントロン含有変異体を使った別の実験は、こ
の現象が植物の核内遺伝子発現の結果であることを証明した。我々がタバコに使
った手法は、インゲンマメ(Phaseolus vulgaris)の葉での一過性遺伝子発現を
アッセイするために開発されたプロトコールから変形したものであった。
バイナリーベクタープラスミドを、当業者に周知の技術である三親交雑により
A.ツメファシエンスGV3101/pMP90の中に移入した。抗生物質リファンピシリン
(50μg/ml)とテトラサイクリン(1μg/ml)を含むLブロス培地上で増殖させ
た単コロニーを採取し、抗生物質を含む5mlのLブロス上で振盪培養器の中で28
℃にて48時間増殖させた。この飽和培養物の1mlを、抗生物質、10 mM 2−(N
−モルホリノ)エタンスルホン酸(MES)pH 5.6およびアグロバクテリウム(Agrobacterium
)Vir 遺伝子を誘導するための20μMアセトシリンゴンを含有す
るLブロス 100ml中に接種した。培養物を振盪培養器の中で28℃で16時間培養し
た。細菌細胞を低速遠心によりペレット化し、ムラシゲ&スクーグ(MS)塩、
2%w/v ショ糖、500 μM MES pH 5.6 および10μM アセトシリンゴンを含有
する緩衝液中に再懸濁した。各培養物のOD600を測定し、OD600=0.5 になる
ように調整した。次いで培養物を振盪せずに22℃で3時間インキュベートした。
タバコ(N .tabacum)の成葉に、標的葉パネル中に数個の小さな切り目を作っ
た後で、シリンジを使ってアグロバクテリウム懸濁液を浸潤させた。数パネルの
注入後、浸潤させた葉をプラスチック袋で覆って乾燥を防いだ。72時間後、袋を
取り外した。
35S:Cf-4バイナリーベクターを含むアグロバクテリウムを使って同様な実験
を行い、構成的に(非調節的に)AVR4を発現するタバ
コ(N .tabacum)の葉に浸潤させた。35S:Cf-4バイナリーベクターは次のよう
にして作製した。
E.コリからのuidA(GUS)遺伝子をコードする1.8 kbp のClaI/BamHI 断片を
、バイナリーベクターSLJ10080中でプラスミドp4K1/Cf4(項目(8)を参照のこと
)由来のCf-4をコードする2.9 kbp ClaI/BamHI断片で置換した。Cf-9DNAの
オリゴヌクレオチド突然変異誘発を含む同様な変更を上記と同様に実施して同様
な構成物を作製した。得られたバイナリーベクタープラスミド pCf4/10080 とpC
f9/10080をA.ツメファシエンス中に移入した。
一過性発現アッセイにおいて、 pCf4/10080 もしくはpCf9/10080を含有するア
グロバクテリウム懸濁液またはバイナリーベクターを含まない対照はいずれも、
非形質転換タバコにおいて目に見える壊死を全く誘導しなかった。pCf9/10080
を浸潤させた葉パネルのみが、AVR9を発現するタバコにおいて浸潤後5〜6日目
に壊死応答を誘導した。トランスジェニック植物AVR4/7291 K(項目(9)を参照の
こと)では、pCf4/10080 を感染させた葉パネルのみが、浸潤後5〜6日目に目
に見える壊死を誘導した。
従って、このアッセイは、別の種においてCf-9とCf-4遺伝子機能の両方を検定
するためおよび変異Cf遺伝子を発現する安定なトランスジェニック植物を作製す
る必要なしに特定の変異の影響を調べるための、迅速で且つ信頼できる方法を提
供する。
本発明者らはまた、一過性アッセイにおいて、35S:Cf-4または35S:Cf-9遺
伝子構成物と対応する35S:Avr 遺伝子構成物との両方を担持しているベクター
が、浸潤させた葉において目に見える壊死を引き起こし得ると推論した。もしそ
うなら、該アッセイは、耐性遺伝子かまたは非病原性遺伝子成分のいずれかを発
現するトランスジェニック植物を作製する必要なしに、Cf-4およびCf-9が機能す
ることのできる種の範囲を決定するための方法を提供することができる。これは
、別の作物種において耐性を付与するためのCf遺伝子/非病原性遺伝子二成分系
(WO 95/31564)の利用に重要な含みを持つだろう。
耐性遺伝子と非病原性遺伝子の両方を含むバイナリーベクタープラスミドを次
のようにして作製した。35S:Cf-4および35S:Cf-9カセットをpCf4/10080およ
びpCf9/10080から次のように切除した:(i)Apa Iで消化しそしてT4 DNAポリメ
ラーゼ処理してDNA断片を平滑末端にし;(ii)PstIで消化して35S:Cf-4お
よび35S:Cf-9カセットを遊離させ;(iii)ベクター SLJ456(Jones他,1992)
を ClaIで直鎖状にし、T4 DNAポリメラーゼで処理して該DNAを平滑末端にし
、次いで PstIで消化して2.1 kbp のネオマイシンホスホトランスフェラーゼ(
NPT)レポーター遺伝子断片を遊離させ;(iv)4.3 kbpの35S:Cf-4および4.5
kbp の35S:Cf-9 ApaI(T4)/PstI断片を、ClaI(T4)/PstIで処理した
SLJ456の中にクローニングして、プラスミドp4/456およびp9/456を作製した。こ
れらの技術は全て当業者に周知である。
非病原性遺伝子構成物は次のようにして作製した。
クローンpAVR4/4K1(項目(9)を参照のこと)をEcoRI とBamHI で消化して35S
:AVR4カセットを切除した。精製した断片を、SLJ6B1(Jones 他,1992)からの
約3.9 kbp のEcoRI /BamHI 断片と連結せしめ、35S、AVR4およびA.ツメファ
シエンス(A .tumefaciens)オクトピンシンターゼ遺伝子の転写ターミネーター
(ocs3' )を含有するプラスミドpAVR4/6B1 を作製した。クローンSLJ6071(Ham
mond-Kosack他,1994)からも同様な方法で35S:AVR0:ocs3' 構成物を作製し
、プラスミドpAVR9/6B1 を得た。プラスミド pAVR4/6B1と pAVR9/6B1をHindIII
で直鎖状にし、T4 DNAポリメラーゼで処
理してDNA断片を平滑末端にした。35S:AVR4:ocs3' および35S:AVR9:oc s3
' カセットを BglIIでの処理により単離した。精製した各カセットをBamHI /Hpa
Iで処理したp4/456およびp9/456とそれぞれ連結せしめ、AVR4またはAVR9の
いすれかと組み合わせて各耐性遺伝子(Cf-4またはCf-9)の機能をアッセイする
ことができる4種類のプラスミドを作製した。
タバコ(Nicotiana benthamiana )植物の単葉上の4つの葉パネルに、図11に
示す4種のプラスミドの各々を含むアグロバクテリウム(Agrobacterium )を浸
潤させた。ベクターp4/456/AVR4 を注射したパネルにおいて浸潤後5日目に葉壊
死が観察された。
p4/456/AVR9 を注射したパネルにおいては全く壊死が観察されなかった。これは
、後者の結果が同一細胞中でのCf-4とAVR4の同時発現のためであることを示す。
7日後、壊死した葉を取り、密封したポリエチレン袋の中に室温で保存した。
最終的に壊死はp9/456/Avr9 を注射した葉パネルで浸潤後12日目に観察されたが
、p9/456/Avr4 を注射した葉パネルでは観察されなかった。
これらの実験は、同族の非病原性決定基が同時発現される時に、別の種を使っ
た一過性発現アッセイにおいてCf遺伝子の壊死誘発活性を検出できることを証明
する。Cf-4/AVR4 相互作用により誘発される壊死は、Cf-9/AVR9 相互作用により
誘発されるものよりもかなり早く出現した。各構成物中のプロモーター、翻訳お
よび転写調節配列は全て同じであるので、この現象はそれらの対応する非病原性
遺伝子産物に対するCf-4とCf-9の相対親和力の差を反映するのかもしれない。こ
の説は、Cf-4とAVR4を発現するトランスジェニックタバコの方がCf-9とAVR9を発
現するものに比べて早期に実生致死表現型を出現することと一致する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Plant pathogen resistance gene and use thereof
The present invention relates to pathogen resistance in plants, and more particularly, to the pathogen resistance gene
For identification and use. It is a tomatoCf-4Based on gene cloning.
Plants are constantly attacked by potentially pathogenic microorganisms. Crops are usually left
Because they are grown as a monoculture that is genetically uniform,
Vulnerable to harm. However, plants have both preexisting and induced defense lines.
Have been evolved, but due to their close association with pathogens, especially living plant cells
Pathogens that gain their nutrition must evade their defenses. Pathogen
If a plant can cause disease, such an interaction is said to be compatible and
If an object is resistant, the interaction is said to be incompatible.
Breed-specific resistance is often specified (but not exclusively) by the dominant R gene.
Mutations are often recessive when the pathogen mutates to overcome the R gene
. In order for the R gene to function, it is called an avirulence gene (Avr).
The corresponding gene in the pathogen must also be present. To become toxic, the pathogen
The body (fungi, bacteria or viruses) no longer triggers R gene-dependent defense mechanisms
The substance must be produced (Flor, 1971). Often elicitor /
One model, called the receptor model, is based on the Avr gene
So that the R gene can detect the presence of the pathogen in plants
(See Gabriel and Rolfe, 1990). So
After this
Knowledge is translated into activation of defense responses.
Cladosporium fulvum, a tomato humus pathogenCladosporium fulvu m
) Have been reported.Avr9WhenAvr4
The gene encodes a small high cysteine peptide (van Kan et al., 1991; Josten).
Et al., 1995), and in their processed mature forms, both genes are 28 and 28 respectively.
And 106 amino acid residues.Avr9WhenAvr4Is the R geneCf-9WhenCf -Four
Is added to the tomato line carrying Confers non-pathogenicity to fulvum varieties
. We have determined whether the two R genes are genetically closely linked,
Have shown that they may be alleles (Jones et al., 1993; Ba
lint-Kurti et al., 1994). The present inventors have proposed a transposon labeling method.Cf-9Gene
Of isolated (Jones et al., 1994; PCT / GB94 / 02812 published as WO 95/18230)
In this specification, as a more sophisticated gene analysis and probeCf-9Using DNA
WasCf-4We report the position cloning of. Cloned non-toxic genes and their
The availability of these same resistance genes will ultimately be widespread in a wide range of crops.
It can be used to build type and permanent disease resistance (de Wit,
1992; Staskawicz et al., 1995).
In plants, gene isolation has two main approaches: positional cloning and
Achieved by transposon labeling. Some plant genes are
Successfully isolated by tanning (reviewed in Tanksley et al., 1995).
), Some of those genesRGene, iePto(Martin et al., 1993)
And from tomatoesCf-2(Dixon et al., 1996) and Brassicaceae (Arabidopsis
)fromRPS2andRPM1(Bent et al., 1994; Mindrinos et al., 1994; Grant et al., 1995)
Is mentioned. Most positional cloning methods have limitations
It relies heavily on the use of fragment length polymorphism (RFLP) markers. However, most
Closer, allowing more DNA sequences to be investigated for polymorphism,
A PCR-based method that can detect more subtle DNA sequence variations is
It has been developed. These techniques are based on random amplified polymorphic DNA (RAPD, Williams et al., 19).
90) and amplification restriction fragment polymorphism analysis (AFLP, Zabeau and Vos, 1992, EP-A-9240)
Vos et al., 1995; Thomas et al., 1995) and positional cloning methods.
Will facilitate the isolation of plant genes. Transposon labeling with tobacco
FromNGene (Whitham et al., 1994) from flaxL 6 (Lawrence et al., 1995), Thomas
FromCf-9(Jones et al., 1994; PCT / GB94 / 02812 published as WO 95/18230)
Used to isolate
plantRComparison of the amino acid sequences of genes indicates that at present they
This is shown in FIG. All but PTO have high leucine repeat (LRR)
Seems to contain motifs, butRGeneticL 6,N,RPM1andRPS2IsCf- 9
(Staskawicz et al., 1995) andCf-2(Dixon et al., 1996)
It seems to have areas. Furthermore,L 6,NandRPS2Consists mostly of LRR
And is expected to be mainly a cytoplasmic outer membrane-bound proteinCf-9andCf-2What is
In contrast, it will probably be intracellular. Our analysis shows a presumedCf-4
ProteinCf-9Indicates that it is highly homologous to
WO 93/11241 isCf-9And we just discoveredCf-4(Subject of the present invention
Polygalacturonase inhibitory protein (PGIP) with some homology to
The sequence of the gene encoding is reported.Cf-9,Cf-4And others (Cf-5,-2
Are referred to by those skilled in the art as "pathogen resistance genes" or "disease resistance genes."
Have been.
The gene encoding PGIP is not a pathogen resistance gene. Pathogen resistance gene (R)
Is the corresponding non-pathogenic gene (AvrPlants detect presence of pathogens that express
It can be so. When a pathogen is detected, defenses such as hypersensitivity reactions (HR)
The response is activated. By such means, the plant is located at the site where the pathogen attempted to invade.
Local cell death can kill pathogens in living cells. On the other hand
PGIP gene (eg, WO 93/11241) results from the detection of pathogens by the R gene
This is a type of gene that is induced in plant defense responses.
Therefore, the pathogen resistance gene is derived from the pathogen andAvrDependent molecule
It can be considered as encoding a condition. Thus, it is
PGIP was detected once, whereas it can be compared to the plant RADAR for
Are involved in plant-initiated defense against pathogens and in pathogen resistance genes
Absent. Expression of a pathogen resistance gene in a plant activates defense responses in that plant
cause. This is when the plant contacts the pathogen or the corresponding elicitor molecule.
Can result in overexpression of the resistance gene in the absence of elicitor.
The possibility of causing more activation has been reported. The defense response is local, even if
Activated at the site of contact between the plant and the pathogen or elicitor molecule or systemically
It may be. Activation of defense responses in plants expressing pathogen resistance genes is not appropriate.
The corresponding elicitor molecule, eg Cladosporium fur as described
Bam (Cladosporium fulvum)avrThings produced by genes, and plants
It can also be caused by contact with Elicitor Cladosporium
Lubham (Cladosporium fulvum) In pathogen extracts such as
May be wholly or partially purified and fully or partially synthesized.
May be used. The elicitor molecule causes it to activate a defense response
If the appropriate ligand for the R gene product to
Can be said.
The terms "Cf-x" / "Avrx" are standard in the art.CfResistance gene and
The corresponding fungal non-pathogenic gene (Avr) Initially has its measurable activity
Genetically defined as an interacting pair of genes belonging to an exclusive interacting pair
Was. The components recognized by Cf-4 are different from those recognized by Cf-9
so,Avr9IsCf-9Induces a necrotic response to contained tomatoes,Cf-4Containing tomatoes
Does not elicit a response at all.
Expression of Cf-4 function in plants is dependent on various C. Investigating compatibility of fulbum varieties
Can be determined by
All knownAvrC. having a functional copy of the gene Variety of fulbum (variety 0)
Is allCfWill grow only on tomatoes that lack the gene (is compatible).
It has any functionalityCfDoes not grow on plants carrying the gene (incompatible
). If C. Fulbum variety is functionalAvr4If you lack the gene
Species 4), it is eitherCfNot only can they grow on plants that lack genes
,Cf-4It could also grow on plants with the gene. FunctionalityAvr2Lacking genes
The varieties (varieties 2 and 4)Cf-2It could grow on plants with the gene. Machine
AbilityAvr2Varieties lacking only genes (variety 2)Cf-4Propagation on plants with genes
I can't. Similarly, C.I. Fulbum variety 5 (functionalAvr5Lacking the gene)Cf-4
Will not be able to grow on plants with the gene. Both varieties 4 and varieties 2 and 4
Even otherCfWill not be able to grow on plants with any of the genes. Various varieties
Are commonly available in the art, for example, the Research Institute for Plant Pro
tection (IPO-DLO), PO Box 9060, 6700
Available from GW Wageningen, The Netherlands. Variety 4 has accession number IPO103
Available under 79 and varieties 2 and 4 are available under accession number IPO50379
It is possible.
Cf-2The gene was provided by John Innes Center Innovations Limited on April 1, 1996.
PCT / GB96 / 00785 subject to application and claiming priority from GB9506658.5
It is.
The present inventors have now found that the fungus Cladosporium fulvum (Cladosporium fulvum
Tomato gene conferring resistance to)Cf-4And its DNA
The sequence and deduced amino acid sequence were determined. TomatoCf-4Figure 5 shows the DNA sequence of the gene.
(SEQ ID NO: 1) and the deduced amino acid sequence is shown in FIG. 6 (SEQ ID NO: 2).
In one aspect, the invention relates to a nucleic acid isolate encoding a pathogen resistance gene.
The gene is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a fragment thereof;
It encodes an amino acid sequence showing a considerable degree of homology to
A nucleic acid isolate. this is,Cf-9,Cf-2andCf-5One of the nets
No greater than the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2
Column identity can be. This can be at least about 95% identity
Wear.
Most preferably, the nucleic acid encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
In this case, the nucleic acid isolate is a nucleic acid having the sequence shown in SEQ ID NO: 1, or
A portion sufficient to encode the desired polypeptide (eg, a methionine initiation codon or
To the first downstream stop codon in the frame). One aspect
A nucleotide sequence wherein the DNA is nucleotides 201 to 2618 of SEQ ID NO: 1;
Or a variant, derivative or allele thereof.
A further aspect of the invention relates to nucleotides 201 to 2618 of SEQ ID NO: 1 or
Uses probes comprising fragments, derivatives, variants or alleles thereof.
To screen the DNA library for pathogen resistance in plants, e.g.
Varieties of Radosporium fulvum (egAvr4Varieties expressing)
By isolating DNA encoding a polypeptide that can be conferred.
Provided, a nucleic acid isolate encoding a pathogen resistance gene, or a fragment thereof
. The plant can be a tomato. Suitable techniques are well known in the art.
Thus, the present invention identifies nucleic acids encoding pathogen resistance genes and / or
Is a method of isolating, encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
Complementary to, or complementary to, coding sequence
Using a nucleic acid having a nucleotide sequence that encodes a fragment of any of the following sequences:
Also provided is a method comprising probing a candidate (or "target") nucleic acid.
The candidate nucleic acid (which can be, for example, cDNA or genomic DNA) is
Contains, or is suspected of containing, a nucleic acid encoding a pathogen resistance gene
It can be obtained from any cell or organism. The preferred nucleotide sequence is SEQ ID NO:
No. 1. Sequences complementary to the indicated sequence, and fragments thereof, may be used
.
Preferred search conditions include a small number of positively identified
Strain enough to obtain a simple pattern with hybridization
Is a condition. Hybridization until only a few positive clones remain
It is well known in the art to gradually increase the stringency of DNA.
The nucleic acid of the present invention has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the given sequence
Can encode a variant, derivative or allele of Preferred mutation
Body, derivative and allele
Confer functional characteristics of the protein encoded by the gene, especially pathogen resistance
Ability, most particularlyAvr4Confers resistance to pathogens expressing elicitor molecules
Ability. Sequences for creating variants or derivatives
Alteration results in an insertion, deletion or substitution of one or more amino acids.
One or more insertions, deletions or substitutions of one or more nucleotides in a nucleic acid
Or it can be multiple. Of course, the encoded amino acid sequence
Nucleic acid changes that do not result in a change are also included.
According to one aspect of the present invention, any of the coding sequences provided herein may
A nucleus comprising a nucleotide sequence complementary to the hybridizable nucleotide sequence
An acid is also provided. Another aspect of this is that nucleic acids in this regard are provided herein.
Hybridizable to a nucleotide sequence complementary to any of the coding sequences
It is. Of course, DNA is usually double-stranded, and after strand separation, which of the strands is high
Southern hybridizations with or without distinction
A blotting technique, such as an alternative, is performed. Preferably, a hybridizable nucleus
The acid or its complement is a polypeptide that can confer pathogen resistance to the host.
And thus contains a pathogen resistance gene. Preferred hybridisation
Although the condition of the arrangement is well known to those skilled in the art, it is usually noted that the other conditions are excluded.
Stringency is sufficient to allow positive hybridization between the sequences.
Nucleic acids of the invention, e.g., variants, derivatives and derivatives of the specific sequences disclosed herein.
And alleles may be due to one or more of the following characteristics, or
Other features that can be directly derived from the comparison of the amino acid sequence to each other sequence,
Is based on the observation of gene functionCf-9,Cf-2And / orCf-5Can be distinguished from
it can:
The amino acid sequence has at least about 95% identity to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2
Have;
-For example, Cladosporium fulvum expressing Avr4 (Cladosporium fulvum
A) Avr4 elicitor as given by variety (available in the state of the art)
When a molecule is brought into contact with a plant, a defense response is induced in a plant that expresses the nucleic acid
To do;
− Research Institute for Plant Protection (IPO-DLO), PO Box 9060, 6700
Deposited with GW Wageningen, The Netherlands under accession number IPO10379
And C. available from there. Fulbam cultivar 4 or its extract and plant
Does not elicit a protective response in plants expressing the nucleic acid when contacted;
-Deposited with and available from the institution under accession number IPO50379
C. When the plant is brought into contact with fulbum varieties 2, 4 or an extract thereof,
Not elicit a protective response in plants expressing the nucleic acid;
-For example, by A. cerevisiae cultivars or other organisms expressing Avr4.
Avr4 elicitor molecule as provided in SEQ ID NO: 13 of WO 95/31564 and the book
The amino acid sequence given in FIG. 4 of the specification and the nucleic acid sequence
Elicit a protective response in a plant that expresses the nucleic acid when contacted with a substance
;
-For example, by a Cladosporium fulvum cultivar or other organism expressing Avr9.
Avr9 elicitor molecule as provided (de Wit, 1992), eg, WO 95/18230
Texture as given in SEQ ID NO: 3 and in WO 95/31564 as SEQ ID NO: 4
The plant was brought into contact with the amino acid sequence of la form and the nucleic acid sequence encoding it
Sometimes not elicit a protective response in plants expressing said nucleic acid;
-For example, Cladosporium fulvum varieties expressing Avr2 or
When the plant is brought into contact with the Avr2 elicitor molecule as provided by other organisms
Not elicit a protective response in plants expressing the nucleic acid;
-For example, by A. cerevisiae cultivars or other organisms expressing Avr5.
When the plant is brought into contact with the Avr5 elicitor molecule as provided, the nucleic acid is released.
Not elicit a protective response in the emerging plant;
-In a plant expressing said nucleic acid and the corresponding elicitor molecule,Cf-9gene
And faster than the defense responses elicited in plants expressing the corresponding Avr9 molecule
Eliciting a protective response during development;
-Contacting a corresponding elicitor molecule, for example Avr4, with a plant,
Eliciting a protective response in non-photosynthetic tissues (eg roots) of the expressing plant;
-Can be identified from the sequence information provided herein for Cf-4
Comprising the number of high leucine repeat sequences (LRR).
Cf-4 polypeptides, and others like Cf-9, Cf-2 and Cf-5, are putative membranes.
Differentiate from products of other pathogen resistance genes by being penetrant proteins
Can be For example, cruciferous (Arabidopsis)RPP5Gene products of genes
Is a putative cytoplasmic protein.
The nucleic acid isolate of the present invention is characterized in that its expression in a plant has a protective response activity in the plant.
Encoding a pathogen resistance gene capable of causing
A nucleotide sequence encoding a polypeptide comprising the amino acid sequence
Can consist of
Such activation can result in contact between the pathogen or the corresponding elicitor molecule and the plant.
I can tell you.
Said nucleotide sequence comprises the coding sequence shown in SEQ ID NO: 1.
Can consist of For example, the sequence comprises nucleotides 201 to 2619 of SEQ ID NO: 1.
Can comprise.
The nucleic acid can be used for addition, insertion, deletion or substitution of one or more nucleotides.
Alleles, derivatives or variants of the coding sequence shown in SEQ ID NO: 1.
Can comprise a nucleotide sequence consisting of:
The nucleic acid of the present invention is characterized in that its expression in a plant triggers the activation of a defense response in the plant.
A pathogen resistance gene which can be raised and which encodes a polypeptide.
A polypeptide comprising one or more amino acids.
Allelic variation of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 due to addition, insertion, deletion or substitution.
A pathogen-resistant residue comprising an amino acid sequence comprising a gene, derivative or variant
You can code a gene.
SEQ ID NO: 2 or an amino acid sequence exhibiting a considerable degree of homology thereto.
Contains DNA encoding the amino acid sequence as genomic DNA or as cDNA
A nucleic acid isolate of the invention that can be used is a recombinant vector, such as a phage or
It can be in the form of a sumid vector. The DNA can be expressed in host cells (eg, plant cells).
Vesicles) under the control of appropriate promoters and regulatory elements
Good. In the case of genomic DNA, this includes its own promoter and regulatory elements
In the case of genomic DNA, this may be a suitable promoter for expression in the host cell.
And regulatory factors.
One of skill in the art will prepare vectors for recombinant gene expression and develop protocols.
There is enough ability to devise. Appropriate regulatory sequences, such as promoter sequences, tags
Terminator fragment, polyadenylation sequence, enhancer sequence, marker gene and
And other sequences as appropriate.
The appropriate vector can be selected or made. For more details, see the example
For example,Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Sambrook et al., 1989,
See Cold Spring Harbor Laboratory Press. Preparation of nucleic acid constructs, for example
Used for mutagenesis, sequencing, introduction of DNA into cells and gene expression
Numerous known techniques for the engineering of nucleic acids used and for the analysis of proteins and
The protocol isShort Protocols in Molecular Biology, 2nd edition, Ausubel, etc.
Ed., John Wiley & Sons, 1992. Sambrook et al. And A
The disclosures of usubel et al., as well as all other references cited herein, are incorporated by reference.
Incorporated herein.
The nucleic acid molecules and vectors of the present invention, in substantially pure or homogeneous form,
Of any origin other than the sequence encoding the polypeptide having the necessary function.
Is free or substantially free of the nucleic acid or gene of the species of interest.
Can be provided isolated and / or purified from their natural environment.
You. The nucleic acids of the invention can comprise cDNA, RNA, genomic DNA,
And can be wholly or partially synthetic. "Isolate"
The term encompasses all of those possibilities.
When introducing a given gene construct into a cell, several considerations well known to those skilled in the art
Things have to be taken into account. Efficiency to promote transcription of nucleic acid to be inserted
Can be constructed in a construct that includes a specific regulatory element. Introducing the construct into cells
The method of entry must be available. Once the components have entered the cell membrane
The integration into endogenous chromosomal material may occur according to various aspects of the invention.
Or it need not happen. Finally, as far as plants are concerned, the target cell type is
It should be able to regenerate cells into whole plants.
The plant transformed with the DNA segment containing the presequence contains the plant gene.
It can be made by standard techniques already known for operation. any
Appropriate technology, such as Agrobacterium (Agro bacterium
) Proprietary disarmed Ti plasmid vector (EP-A-270355, EP-A-011671)
8, Bevan, 1984), particle or microprojectile impact (US 5100792,
EP-A-444882, EP-A-434616), microinjection (WO 92/09696, WO 94)
/ 00583, EP 331083, EP 175966), electroporation (EP 290395, WO 87)
06614) or other forms of direct DNA uptake (DE 4005152, WO 9012096, US 46)
84611) can be used to transform plant cells with DNA. A
Clobacterium transformation is well known to those skilled in the art for transforming dicotyledonous species.
It is widely used. Agrobacterium has some monocots due to foreign DNA
It has been reported that plant species can be transformed (WO 92/14828)
However, if Agrobacterium is inefficient or ineffective,
Preferred for projectile bombardment, electroporation or direct DNA uptake
Good. Alternatively, using a combination of different technologies, for example, Agrobacterium
Impact with coated microparticles (EP-A-486234) or
Culture with Agrobacterium after microprojectile bombardment (EP
-A-486233) can be used to increase the efficiency of the transformation process.
The particular choice of transformation technique depends on its efficiency in transforming a plant host, as well as its efficiency.
Will depend on the experience and preferences of those practicing the invention using the particular method chosen.
Will be determined. The particular choice of transformation method for introducing nucleic acids into plant cells is
It is not important to the present invention and does not limit the present invention.
Cf-4Gene and its variants, for exampleCf-4Genes, their alleles, variants
And derivatives that show a significant degree of homology to the protein product of the derivative.
What is added to plants, especially tomatoes, C.I. Resistant to pathogens such as fulvum
It can be used to impart properties. For this example,Cf-4Same dye as gene
Tomato genus having a color body position [Lycopersicum hirsutum (Lycopersicon hi rsutum
)] Or any subcloned fragment thereof.
I can do it. For this purpose, the above-mentioned vectors are transformed into live transgenic plants.
Can be used for birth. Such plants areCf-4Pathogen resistance conferred by genes
Property.
The invention further relates to host cells, especially plants, transformed with such vectors.
Or microbial cells. Thus, a host cell comprising a nucleic acid of the invention, e.g.
For example, a plant cell is provided. In a cell, the nucleic acid may be integrated into a chromosome
.
Vectors comprising the nucleic acids of the invention are particularly useful for recombination into the genome.
If the vector is to be used to introduce the vector into cells, the promoter
Need not be included.
According to the present invention, a nucleotide sequence as provided by the present invention is encoded by
Under the operable control of a promoter for controlling the expression of the polypeptide
Plant cells that integrate into their genomes are also provided. Another aspect of the invention relates to plants
Including introducing a vector comprising the nucleotide sequence into the cell.
And a method for producing such plant cells. After such introduction, the vector and plant cell
The nucleotide sequence can be introduced into the genome by recombination with the genome.
Can be. Next, the polypeptide encoded by the introduced nucleic acid is expressed.
Can be closed.
Plants comprising the plant cells of the present invention, as well as the
Clone, seed, inbred or hybrid progeny and progeny, and any of them
Also provided are optional parts of the plant, such as cuttings and seeds. The present invention relates to any plant nutrient
Body, any part that can be used for sexual or asexual reproduction or regeneration (insertion
(Including trees, seeds, etc.).
The present invention further provides an early stage of introducing nucleic acids into cells of a plant or its ancestors.
Later, in a plant cell, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or a variant or allele thereof
From genes or derivatives, or nucleic acids encoding significantly homologous amino acid sequences
Comprising the expression of (producing the polypeptide encoded thereby)
Provide the law. Such a method can confer pathogen resistance on the plant.
It is published in WO 91/15585 (Mogen) or more preferably as WO 95/31564
According to any of the methods described in PCT / GB95 / 01075,Avr4Genes and
Or any other gene involved in conferring pathogen resistance
Can be.
Cf-4,Cf-9andCf-2The genes are as follows: Proliferation of fulvum
It works in the same way in giving the tomatoes resistance to prevention. However
And they are differentAvrMove by recognizing products, they stop the pathogen from growing
There are subtle differences in the rate of stimulating the tolerance response (Hammond-Kosack and Jones 1994;
Ashfield et al., 1994). The differences are described herein and in WO 95/31564 (supra).
It can be used to its fullest extent for the applications indicated.
Genes that are stably integrated into the genome of a plant are transferred from generation to generation of the plant.
Inherited by the grandchild, the progeny's cells may express the encoded polypeptide.
And thus can have enhanced pathogen resistance. Pathogen resistance is a disease
By assessing the compatibility of the drug substance (eg Cladosporium fulvum),
Or non-pathogen
Virulence genes (eg,Avr-4) Or for example as described herein.
In the form of a recombinant virusAvr-4By using gene product transmission,
Can be determined.
Cf-4Gene sequence analysisCf-9Genes (PCT / GB94 / 02812; Jones et al., 1994)Cf-2
Like the gene (PCT / GB96 / 00785; Dixon et al., 1996), it is
Containing the DNA sequence encoding the repeat (LRR) region, and homology studies
Revealed strong homology with other genes, including LRR. It
All three of these genes show similar general characteristics, and as such have been characterized to date.
A new class of disease resistance genes that is different from other disease resistance genes that have been identified.
According to a further aspect, the present invention provides a method for searching for a novel resistance gene, comprising the steps of:
Between children, for exampleCf-9WhenCf-4Between and / orCf-4WhenCf-2Saved between
A plant comprising the use of an oligonucleotide comprising one or more sequences
Methods for identifying pathogen resistance genes are provided. Therefore, including the pathogen resistance gene
Consisting of a nucleic acid encoding a polypeptide capable of conferring pathogen resistance
A method of obtaining an oligonucleotide (the details of which are described herein).
Or a nucleic acid molecule comprising such an oligonucleotide as a target / candidate nucleic acid.
A method is provided that comprises hybridizing. Target or candidate nucleus
Acids can be obtained, for example, from organisms known to encode pathogen resistance genes.
Genomic or cDNA libraries. Hybrida
Clones to identify and target for further investigation and / or use
/ Candidate candidate nucleic acids.
Hybridization probes for nucleic acids under appropriately stringent conditions and
Identify hybridization (according to known techniques)
And / or as a primer in a nucleic acid amplification method (eg, PCR)
It may require the use of oligonucleotides. Preferred conditions for exploration are
A small number of hybridizations identified as positive so that they can be investigated
These conditions are stringent enough to obtain a simple pattern with the option.
Increase the stringency of hybridization until only a few positive clones remain.
Is well known in the art.
Although still using nucleic acid hybridization as an alternative to exploration,
Oligonucleotides designed to amplify DNA sequences
Protocol in a PCR reaction or in a method involving another nucleic acid amplification.
Can be used. For example, see “PCR Protocols: A Guide to Methods and Applic
ations ", Innis et al., 1990, Academic Press, New York.
Appropriate preferred amino acids used in probe or PCR primer design
Noic acid sequences are conserved among polypeptides that can confer pathogen resistance (
Fully, substantially or partially) sequences, egCf-4WhenCf-9By and / or
OrCf-4WhenCf-2And / orCf-4,Cf-9andCf-2Coded by
Array.
Based on the amino acid sequence information, the degeneracy of the genetic code and, where appropriate, the candidate nucleic acid
Oligonucleotides, taking into account the codon usage of the organism from which the
Probes or primers can be designed.
Preferably, for example, the oligonucleotide of the present invention used for nucleic acid amplification has about 10
Have the following codons (e.g., 6, 7, or 8), i.e.,
Otides (eg 18, 21, or 24).
Evaluation of whether a PCR product corresponds to a resistance gene should be performed in various ways
Can be. PCR bands contain a complex mixture of products
Can be Clone the individual products and add each to this probe
Linkage to a known disease resistance gene segregating in progeny that showed polymorphism
Can be screened for. Alternatively, the PCR product is
Processed to show polymorphism on acrylamide DNA sequencing gel
And preselection of a specific band associated with the resistance gene before cloning.
Can be Once a candidate PCR band has been cloned and has a known resistance
Once linked to a gene, it can be used to isolate clones and
About other features andCf-9,Cf-2,Cf-4Or homology with other related genes
You can find out more. Then analyze it by transformation and pay attention
Can be evaluated for its ability to introduce plants into disease-susceptible varieties.
Alternatively, using a PCR band or a sequence derived by analyzing it
Can help plant breeders monitor the isolation of useful resistance genes
it can.
These techniques are generally applicable to the identification of plant pathogen resistance genes.
Examples of the types of genes that can be identified by this method include potato epidemics
Disease fungus Phytophthora (Phytophthora) Resistant, grain spores like barley and corn
Mildew and rust resistance, snapdragon (Antirrhinum) And flax rust
Tolerance, lettuce and cruciferous (ArabidopsisDowny mildew resistance, potatoes, tomatoes
Virus resistance in tobacco and tobacco, nematode resistance in tomatoes, bacterial disease in crucifers and tomatoes
Resistance to the drug substance, as well as the pepper Zantomonas (Xanthomonas) Resistance
I can do it.
Once the pathogen resistance gene has been identified, it is planted using techniques well known to those skilled in the art.
The transgenic plant can be produced by re-introduction into a target cell. Further
According to one aspect, the present invention relates to the presence of an LRR.
Or especially the protein of the plant pathogen gene identified by the techniques described above.
A DNA isolate encoding a quality product is provided.
According to yet another aspect, the invention relates to the presence of an LRR as disclosed herein.
Or pathogen resistance genes identified by nucleic acid hybridization
Providing transgenic plants, especially crops, which have been genetically engineered to have
You.
Examples of plants according to the present invention include tobacco, cucurbitaceae, carrots, cruciferous plants
, Lettuce, strawberry, cruciferous oilseed, sugarcane, wheat, barley, corn
Seeds, rice, soybeans, peas, sorghum, sunflowers, tomatoes, potatoes, tows
Capsicum, chrysanthemum, carnation, poplar, eucalyptus and pine.
Variations of the invention, as well as other aspects and embodiments, will be apparent to those skilled in the art. This specification
All documents cited therein are incorporated by reference. The term "comprises"
, Meaning "contains" or "has" and means "consists of"
Should not be interpreted.
As already pointed out, the present invention relates to tomatoCf-4For gene cloning and sequencing
This experimental procedure is described in more detail below with reference to the following drawings.
explain.
FIG.IsCf-9(Cf9) orCf-4(Cf4) Tomato containing any of the resistance genes (L . e sculentum
cv. Moneymaker) (NIL; near isogenic li
ne), C.I. Strains that do not contain a known resistance gene to fulbum (Cf0), and
Also mapped to the short arm of mat chromosome 1Cf-1Another containing the resistance gene
Line (Cf1,L . esculentum cv. Stirling Castle)BglTurn off with II
3 shows a Southern blot of the converted DNA fragment.Cf-96.7 kbp corresponding to the geneB gl
II band, andCf-4Specific to the containing strain and described in the text of the specification
ThreeBglThe position of the II band is also indicated.
FIG.IsCf-4/Cf-9Five disease susceptibilities from a trans-heterozygous test cross population
Three classes identified by analysis of recombinants (V408, V512, V514, V516 and V517)
Recombinants are shown in schematic form.Cf-4Loci on the top rowCf-9Loci on the bottom row
Is depicted.Cf-9Two AFLP markers adjacent to the gene (M1 and M2, Thomas et al.
, 1995). One of those markers (M2)Cf-4Heredity
It also exists in Koza. Present in several disease-susceptible recombinants,Cf-9Distal to
Another two members of the multigene family located at
Also shown in the figure as genes A and B). Southern hybridization
Recombination breakpoints in each of the three classes estimated by
Represented by a line.
FIG.IsCf-4/Cf-5Three overlapping cosmids isolated from a cosmid library
(4 / 5-108, 4 / 5-129 and 4 / 5-138)Cf-4Physical map of the locus
Is shown. The physical extent of each cosmid is schematically shown and the hybridization
And the sequence analysisCf-9Position of homologous sequence in black box
Is represented by The transcription polarity of each gene is indicated by an arrow.Cf-4Gene location
Is shown. Restriction sites for the following enzymes are also shown:BglII,PSTI,EcoRI
and XbaI.Cf-9Shows high homology to probes derived from the 5 'end of
ThreeBglThe positions of the II fragments (6.4 kbp, 3.2 kbp and 1.8 kbp) (see FIG. 1) are indicated by arrows.
Indicated by marks. M2 is the beginningCf-9Identified at the locusCf-4At the locus
Represents an existing AFLP marker.
FIG.Is C.I. Proposed to code post-processing mature form of Fulbum's AVR4
Encoding the PR1a signal peptide sequence fused to the sequenceClaI /SalI DN
Presumed to be the nucleic acid (double-stranded form) sequence of fragment A
1 shows an amino acid sequence. The translation start codon is at nucleotide 5 and the translation stop codon
The don begins at nucleotide 413. Amino acids 1 to 30 are signal peptides
In the sequence, amino acids 31-136 represent the mature AVR4 peptide.
FIG.IsCf-41 shows the genomic DNA sequence (SEQ ID NO: 1). The features of the sequence are as follows:
Including: translation initiation site at nucleotide 201; beginning at nucleotide 2619
Entire translation termination; consensus polyadenylation sequence beginning at nucleotide 2835 (AATAAA);
A splice donor sequence in the 3 'untranslated sequence at nucleotide 2641;
Splice acceptor sequence ending in Otide 2755; putative at nucleotide 2955
Polyadenylation site.
FIG.Is a single letter amino acid symbolCf-4Deduced amino acid sequence of the gene (SEQ ID NO:
2) is shown. The deduced protein sequence consists of the primary translation product of 806 amino acids.
Signal peptide amino acids 1-23; mature peptide amino acids 24-806
.
FIG.By Jones et al. (1994)Cf-9Described and discussed in the text.
7 shows the seven proposed structural domains AG of the Cf-4 protein as shown.Cf-9
Compared toCf-4The deletion in the middle is indicated by a dot. Distinguish between two proteins
Most of the amino acids that are located at the N-terminus of each of them
It is shown in font. Potential N-glycosylation sequences are underlined.
FIG.Indicates two major regions of sequence difference between the Cf-4 and Cf-9 sequences. (A) Do
Between main Cf-9 amino acids 40-79 (top row) and Cf-4 amino acids 40-69 (bottom row)
Alignment. (B) Cf-9 amino acids 285-426 (LRRs 9-14) and Cf-4 amino acids 274-369
(LRR 9-12).
FIG.Is widely used for transgene expression as reported herein.
4 shows the structures of four binary vector plasmids obtained. LB and RB are
These correspond to the left and right ends of the T-DNA in each vector. Plant transformation marker
The gene is located at the LB end and the neomycin phosphotransferase gene
Conferring resistance to offspring (NPT) or phosphinothricin
Seth Hygroscopicus (Streptomyces hygroscopicus) -Derived gene (BAR
)Met. Transformation marker gene is cauliflower mosaic virus 35S pro
Motor (35S) or A. Claws fascence (A. tumefaciensNopa of origin)
It was placed under the control of the phosphorus synthase gene promoter (pnos). Translation termination sig
Naru is A. 3 ′ sequence of octopine synthase gene of Tumefaciens (ocs3 ′)
Provided by SLJ7291, SLJ7292 and SLJ755A are all indicated in the drawing.
A polylinker sequence having a restriction enzyme site. This polylinker sequence is
obtained from the modified pBluescript plasmid described by nes et al. (1992). all
Is indicated by an arrow. All operations are described by Jones et al. (1992)
Performed as described. SLJ10080 isClaLinearization with I, T4 DNA polymerase
Processing and self-ligation in the polylinker sequenceClaBy removing the I site
Derived from the binary cosmid vector pCLD04541.
35S from SLJ4K1:uidACassetteEcoRI /BamOf the plasmid produced as an HI fragment
Cloned into. For transient expression experimentsCf-4andCf-9Code arrayClaI
/BamCloned as HI fragmentuidAThe gene was replaced (see FIG. 10). Step
Rasmid SLJ755A and pCLD04541 and their derivatives are
Contains the lambda phage sequence (cos) used as a targeting vector.
FIG.Is in a transient assayCf-9(PCf9 / 10080) andCf-4(PCf4 / 10080
2) shows a binary vector for expression. Of each component
See the text of the specification for details.
FIG.Is C.I. Fulbam nonpathogenic geneAvr9OrAvr4Combine with any of
Under the control of the 35S promoter (35S)Cf-9OrCf-4Contains any of the genes
4 shows four binary constructs. Nonpathogenic genes are also controlled by the 35S promoter
The transcription termination sequence is Claws fascence (A . tumefaciens) Octopin
Provided by the intase gene 3 'untranslated region (ocs3'). Production of each plasmid
Only those restriction sites that are relevant to the production (see description for details)
It is shown.Positional cloning of tomato Cf-4 gene
(1)Cf-4Map location
We have developed classical and RFLP maps of tomato (Dickinson et al., 1993; Jon
es et al., 1993; Balint-Kurti et al., 1994; Thomas et al., 1995). Against fulbum
Several genes conferring resistance were mapped. Those studies areCf-4WhenCf -9
Is bounded by two RFLP markers CP46 and TG236 on the short arm of chromosome 1.
It was proved that it was located at a similar position within the defined 6 cM range.Cf-4WhenCf-9Is its
Closely related speciesL . hirsutumandL . pimpinellifoliumCultured from toma
(See Jones et al., 1993). Gene analysis of the present inventors
May be closely linked or possibly alleles
Suggest no. The present inventors have proposed a maize transposon cleavage factor (
Jones et al., 1994; transposon labeling method using PCT / GB / 02812)Cf-9Simply
Released. As a result, positional cloningCf-4It became possible to isolate
.
(2)Cf-4Identification of gene candidates
Cf-9,Cf-4Or C. Contains unknown resistance gene to fulvum
Isolate DNA from NIL of tomato and use it as restriction enzymeBglDigested with II.Cf-9of
Southern hybridization analysis using the 5'-end containing probe pCf9XS (Jo
nes et al., 1994) found that there was extensive RFLP among the three strains (
(Fig. 1). This result indicates that those resistance genes have been introgressed from different species
That multiple members of this gene family share the same introgression chromosome segment.
It was inferred from the existence on the
CandidateCf-4To identify genes, we crossed Cf4 NIL and Cf9 NILCf-4/Cf -9
Trans-heterozygotes were prepared. The offspring are then crossed with Cf0 to1Test cross population
I got About 7,500 offspring,Cf-4OrCf-9Incompatible with plants containing any of
C. Fulbum variety 5 was inoculated. ifCf-4WhenCf-9Are alleles, the tiger
If intragenic recombination can occur at a low frequency in parental heterozygous parents,
They inferred. In some cases, this may remove the resistance specificity of each gene.
Not. Progeny containing such a recombinant chromosome were identified as disease-sensitive individuals by the present inventors.
Would be detected by their analysis.
Or ifCf-4WhenCf-9Are not alleles and are only closely linked
, The same low frequency of intergenic recombination, which contains both resistance genes or
This will result in a recombinant that does not contain both. The latter recombinant class is reduced
It may also be generated as a result of chromosome mispairing or inequality during fission. The inventor
In their analysis,Cf-4WhenCf-9Only progeny lacking were identified. 7,500 test crosses
Among these, five such disease-susceptible recombinants were detected. Own these individuals
Pollinate and the progeny again. Tested using Fulbum breed 5 and theyCf-4
WhenCf-9Make sure you have lost both. Homozygous for recombinant chromosomes
Progeny were also identified. This is followed by a Southern hybridization analysis.
To simplify
Done forCf-9RFLP marker CP46 located 2.5 cM distal to Balint-K
urti et al., 1994; Thomas et al., 1995)Cf9Individuals homozygous for the allele
Was achieved by identifying
Five susceptible individuals using pCf9XS as probes (V408, V512, V514, V516 and
And V517)BglII Southern blot analysis of digested DNA
As expected, everything isCf-96.7 kilobase pairs (kbp) equivalent to the geneBglII Band (Joh
ns et al., 1994) and lacks a number of other bands located proximal to the gene
I confirmed that. Comprising different members of this gene family.
do itCf-9Two separate, distally located genesBglII hand has a recombination
It was present in the body but not another (FIG. 2).Cf-4Exists in the containing line
ThreeBglThe II band (6.4 kbp, 3.2 kbp and 1.8 kbp, Figure 1) was also consistently affected.
Lack of diseased individuals, soCf-4It was a gene candidate. This latter result is C
f4 ×L.pennelliF from the crossTwoConsistent with the results of plant analysis. TG236 / CP46 range
Rearranged FTwoThe special class of the individual is as previously described (Balint-Kurti et al.
Thomas et al., 1995) identified by PCR analysis of leaf material. Those results
Is threeBglII restriction fragmentCf-4It was proved to be separated with. Southern Hybrid
Using the ligation and AFLP analysis, we set out the three class set shown in FIG.
The variants could be distinguished. The results areCf-4WhenCf-9Recombination lacking both
Consistent with models of chromosome mismatch and heterozygosity that give rise to chromosomes
Does not.
(3)Cf-9Isolation of binary vector cosmid clones containing homologous sequences
On chromosome 1Cf-4Genes and on chromosome 6Cf-9From a stock containing both genes,
Using a library to isolate both genes
A genomic DNA library was made as possible. The library is located in the UK
C. of John Innes Center in Ridge. Binary cosmid obtained from Dr. Dean
Made in the cloning vector pCLD04541 (see Bent et al., 1994). like that
The use of cloning vectors is important for any clone
It is useful because it can be introduced directly into plants for the purpose of testing gene function.
It is profitable.
Using techniques well known to those skilled in the art (Thomas et al., 1994), leaves of 6-week-old greenhouse plants
High molecular weight DNA fromMboPartial digestion with I restriction enzyme was performed. Techniques known to those skilled in the art
Using a technique, the partially digested product is size fractionated using a sucrose gradient and
DNA with a range of 20-25 kbpBam It was ligated with pCLD04541 DNA digested with HI.
After packaging in vitro using Stratagene packaging extract,
Erikia Kori (Escherichia coli) Stock SURETM(Stratagene) Tetracycline
The above-mentioned cosmid was introduced into the mutated mutant.
Recombinants were selected using the tetracycline resistance gene on pCLD04541.
The library was removed from 144 pools containing approximately 1500 clones per pool.
Distribute randomly, grow cells from each pool, and out of 10 ml cells, 9 ml
Used for bulk plasmid DNA extraction and 1 ml after addition of 0.2 ml glycerol
Was used for preparation of the frozen stock. By alkali dissolution (Birnboim and Doly, 1979)
Isolating the plasmid DNA from the pool and collecting the DNA sampleCf-9Contained toma
Primers F7 and F10 (Jones) used to amplify the pCf9XS fragment from
Et al., 1994). Pool 108 from this library,
129 and 138 were identified as pools positive for the F7 / F10 PCR product.
Was. About each pool,
10,000 colonies are plated and colony hybridized using radiolabeled pCf9XS
Exploration by zation. A single homologous clone was isolated from each pool. It
These techniques are well known to those skilled in the art.
The three cosmid clones, designated 4 / 5-108, 4 / 5-129 and 4 / 5-138, were
Southern blot hybridization using pCf9XS as a probe and restriction enzyme
It was further characterized by papping. The physical relationship of the three cosmids is shown in FIG. This
Analysis of 6.4, 3.2 and 1.8 kbp was consistent with the results described previously.Bgl II Restrictions
It was shown that there are three regions on the fragment that show high homology with pCf9XS (FIGS. 1 and 2).
And 2). These three regions were obtained from appropriate cosmid clones.PSTAs an I fragment
Bucloning, using techniques well known to those skilled in the art,Cf-9To determine the genome sequence
In addition to the previously used oligonucleotide primers (Jones et al., 1994),
Using new primers specific for each of the three homologs, their DNA sequences
It was determined. Derived from cosmids 4 / 5-108 and 4 / 5-129, respectivelyPSTI clone
, The DNA sequences of homologues I and II were completely determined. Kos containing homolog III
Mid 4 / 5-129PSTDNA sequence analysis of the I fragment showed that this cosmid
Did not contain a complete copy of Physical mapping data is stored in this array
Suggests a larger truncation on cosmid 4 / 5-138 (
(Fig. 3). This explanationCf-4/Cf-5Homolog II isolated from cDNA library
It was confirmed by DNA sequence analysis of the cDNA clone of I. This analysis is
A copy of homologue III on mid 4 / 5-129 is only 74 amino acids at its C-terminus
Indicated that it was cut off. Homolog I (862 amino acids), Homolog II (806 amino acids)
Amino acids) and homologous III (855 amino acids)Cf-9To
High levels of homology (86.5%, 91.5% and 86.5%, respectively, with identical amino acids)
).
(4) In plantsCf-4Development of efficient assays for gene function
Putative cloning in transgenic plantsCf-4Gene functions vary
Can be evaluated in various ways. First of all, the corresponding non-pathogenic geneAvr4Including
C. Inoculation of fulvum cultivars causes varieties in transgenic plants
By testing whether it gives a synergistic response; second, a sum containing AVR4
Injection of intracellular fluid isolated from synergistic interactions into leaves of transgenic plants
Third, previously described in studies of Cf-9 / AVR9 interaction
As described (Hammond-Kosack et al., 1995), AVR4 was expressed in the form of recombinant potato virus X.
It can be evaluated by communicating.
C. coding AVR4 DNA sequence of fulvum gene and after processing
The amino acid sequence of the mature polypeptide has been previously reported (Joosten et al., 1994).
. We have C.I. Using primers from fulbum varieties 2 and 5Avr4Gene announced
The amplified sequence was amplified by PCR and the sequence encoding the proposed mature polypeptide was
Fused to the DNA sequence encoding the N-terminal signal peptide of tobacco PR1a protein
I combined. This is due to the intracellular location in the transgenic plant in which the gene is expressed.
It will promote the targeting of AVR4 towards space. This key
Mela gene (SPAvr4) As previously described (Hammond-Kosack et al., 1995)Cl a
I /SalI DNA fragment (FIG. 4) of cDNA copy of potato virus X
Insert it into the PVX:SPAvr4Was prepared. Infectious transcripts of this recombinant virus
Obtained by in vitro transfer. All nucleic acid manipulations are performed using standard techniques well known to those skilled in the art.
gave.
Control experiments were designed to test the recombinant virus in three week old tomato seedlings.
In. Slight mechanical at the site of virus inoculation
In contrast to the Cf0 control, which only showed signs of damage,Cf-4After inoculation (d.p.
i.) On day 3, the cotyledons appeared dry and eventually fell. Cf0 plant
Is a symptom observed in wild-type virus, ie, chlorosis mosaic symptom.
A comparable visible symptom of viral infection was 7-10 d.p.i. It was expressed in. 4-5 d.p
.i. ToCf-4In containing plants, probablyCf-9In containing plantsAvr9PVX containing
For the spread of the virus as previously described in similar experiments used (
Hammond-Kosack et al., 1995), necrotic lesions were observed on younger leaves. Other features
And necrotic sectors in the petiole and stem. This necrotic phenotype is whole body
To 14 d.p.i. ToCf-4Most of the contained seedlings die
Was. Cf0 control plants did not die but showed signs of chlorosis and vein permeabilization. Therefore,
This method works on plantsCf-4Provides a fast and reliable assay for function
So potentiallyCf-4Transgenic to identify individuals containing the gene
Applied to plants.
(Five) Cf-4Binary vector cosmid claw containing a genomic copy of the gene
Identification
Cf-4/Cf-5Three bios isolated from the binary vector cosmid library
Narry vector cosmid clones (4 / 5-108, 4 / 5-129 and 4 / 5-138)
RekaCf-4Methods known to those skilled in the art to determine if any contain a gene
Using transgenic tomatoes (Lycopersicon esclentum) And cigarettes (Nicotiana tabacum
cv Petite Havana) plants (Fillatti et al., 1987; Ho
rsch et al., 1985).
PVX for 12 tomato transformants:SPAvr4By inoculatingCf-4Activity is detected
Transgenic plants were propagated by cuttings, as appropriate. Cosmid 4/5
Transgenic tomato plant containing -108
One thing (0/3) PVX:SPAvr4No dependent leaf necrosis was shown. In contrast,
Six of eight transformants containing cosmid 4 / 5-129 and cosmid 4 / 5-138
Three of the four transformants, including 3-4 d.p.i. Leaves in inoculated leaves
It showed necrosis (Table 1). This necrosisCf-4As previously observed in control plants
Eventually it spread throughout the body. Most transgenic plants exhibiting the necrotic leaf sector
Eventually withered. Many transgenic plants obtained from the first transformation experiment
The cuttings of the object are C. By inoculation of fulvum varieties 5Cf-4Further assays for function
(Table 1).
In those tests, PVX:SPAvr4Transgenic plants showing dependent necrosis
Cladosporium Fulbum (Cladosporium fulvum) With those resistant to variety 5
In between, a positive correlation was observed (Table 1). Pathogen increase in compatible control plants (Cf0)
Breeding was observed, but not in the incompatible control plant (Cf2). some
The transgenic offspring of the transgenic plant were again Tested with fulbum variety 5 and its shape
We have verified that the quality is hereditary. This has proven to be the case and in most cases
The resistance was segregated at an approximately 3: 1 ratio consistent with the monodentate T-DNA transformant (Table 2).
). Cultivar 4 is not expected to express the Avr4 peptide (Joosten et al., 1994).
C. Transgenic offspring resistance to fulbum cultivar 5
Did not confer resistance.
Homologue III is completely missing in cosmid 4 / 5-108 and
Only truncated copies are present on the other two cosmids. Therefore, homologs
III isCf-4It is not likely to be a candidate.Cf-2(Dixon et al., 199
6), multiple genes on this locus confer AVR4 peptide recognition and pathogen resistance
It is possible. However, the latter example (Cf-2) Has two genes
Hand
Are the same, and the threeCf-9Contrast with deduced amino acid sequence of homologous gene
It is a target. Complete copies of homolog I are present in all three cosmids (FIG. 3).
Physical mapping and PCR determination of cosmid 4 / 5-108 was performed on this clone.
Homolog II is truncated, 54 amino acids from its C-terminus and 3 '
Lack of untranslated regions and associated transcription termination and polyadenylation sequences
Indicated.
Clearly, those data clearly indicate that homologue IICf-4Assume that it is related to genes. PVX
:SPAvr4-Dependent leaf necrosis and C.I. The resistance to fulbum cultivar 5 was the completion of homolog II.
Transgenic plants transformed with a binary vector containing the entire copy
It is evident only in the product (Table 1). Multiple resistant primary forms using the pCf9XS probe
Transformants (4 / 5-129A, 4 / 5-129B, 4 / 5-129D, 4 / 5-129G, 4 / 5-129H, 4 / 5-138A and
And 4 / 5-138B) showed that they were all homologous II.
Characteristic 3.2 kbpBglII DNA fragment.
The homolog II specifically recognizes AVR4,
Sgenic cigarettes (N . tubacum) Further evidenced by the results of plant analysis. PV
X:SPAvr4When inoculated (Table 3), most of the transformants containing cosmid 4 / 5-129
Most of the transformants (4/5) containing (7/10) and cosmid 4 / 5-138 had 3 to 3
4 d.p.i. At the site of virus inoculation, in several virus resistant variants
It showed necrotic lesions that were identical in appearance to those seen in response to virus inoculation. Those
In individuals of the group, necrosis ultimately coalesces beyond local lesions, and 7-10 d
.p.i. In this case, leaf necrosis is clearly visible in all areas of the viral infection. some
In transformants, PVX:SPAvr4Response is more acute and leaf necrosis sector
ー 3-4
d.p.i. (Table 3). Their phenotype is cosmid 4 / 5-108
PVX also contains transgenic tobacco containing 0/5 (see Table 3):SPAvr4In cha
Neither was observed in the ranged, untransformed control plants.
(6) Analysis of protein encoded by homolog II
DNA sequence of homolog II (SEQ ID NO: 1, hereinafterCf-4FIG. 5). This
Is 806 amino acids as shown by SEQ ID NO: 2 (FIG. 6) in concept translation.
It contains a long, contiguous open reading frame encoding the acid protein. 3 'adjacent area
KickCf-4WhenCf-9Nucleic acid sequence homology is very high, determined by cDNA analysis.
WasCf-9Between the stop codon of the transcript (Jones et al., 1994) and the polyadenylation site
They are exactly the same.
Cf-4Analysis of cDNA clones after PCR amplification derived from transcriptsCf-9
Shows that the 3 'untranslated region contains one intron as in FIG.
).
Cf-4Amino acid sequence andCf-9Comparison with the 863 amino acid sequence of
(91.5% identical, 95.5% similar).Cf-9
As inCf-4The amino acid sequence was proposed by Jones et al. (1994).
It has seven such putative structural domains (FIG. 7).
Domain A (amino acids 1-23) is consistent with the signal peptide sequence.
Domain B (amino acids 24-81)Cf-4This region corresponds to the mature N-terminal region of
IsCf-9Includes a deletion of 10 amino acids as compared to
Domain C (amino acids 82-702) is a 26 incomplete copy of the 24 amino acid LRR sequence
including. This area isCf-9Starts at LRR 10 and at LRR 12
It contains a deletion of 46 amino acids corresponding to the last two complete LRRs (FIG. 7).Cf-9WhenCf -Four
Amino acid variation between
It is also present in the N-terminal half of the protein (Figure 7). This area is probably related to non-disease
Specifically interacts with the progenic peptide or another factor that binds to the appropriate non-pathogenic peptide
It may represent a region in each protein that interacts.
In sequences C-terminal to this region, the putative Cf-4 and Cf-9 proteins are highly compatible.
Amino acids 455-806 of Cf-4 and 512-863 of Cf-9 (Jones et al.
1994) is the same.
Domain D (amino acids 703-730) has no outstanding features.
Domain E (amino acids 731 to 748) contains ten negatively charged residues and contains
Sex.
Domain F (amino acids 749-785) is very hydrophobic and coincides with the transmembrane domain
I do.
Domain G (amino acids 786-806) is significantly basic and has eight positively charged
And only two negatively charged residues.
Like Cf-9, Cf-4 protein is expected to be a membrane-bound extracytoplasmic protein.
It has many of the properties that are made.
(7) Tomato transgenic plant expressing AVR4 peptide
Previous work (Hammond-Kosack et al., 1994) described a transgenic expression of AVR9.
Crossed with plantsCf-9Progeny of containing plants show plant death regulated during development
Proved. Seedlings germinate until day 10 after germination (dpg), when necrosis is observed in cotyledons.
And are phenotypically distinguishable from their wild-type counterparts. This necrosis is progressive
Seedlings die at 15 dpg.
We used the SP: AVR4 cassette (FIG. 4).ClaI /BamVector as HI fragment
Cloned into SLJ4K1 (Jones et al., 1992) and used in plant plants for stable expression.
Motor (CaMV 35S) and transcription termination
(nos3') Provided regulatory sequences. This clone was named pAVR4 / 4K1. 35S:
Avr4:nos3’CassetteBglII /HinCut out as dIII fragment,BglII andHindIII
Cloned into the binary transformation vector SLJ7291 (FIG. 9) digested with
Thus, plasmid pAVR4 / 7291 was prepared.
Transgenic plants were prepared and tested for AVR4 expression by test crossing with the Cf4 line.
Screened. Screening test hybrid offspring for seedling lethal phenotype
did. 1: 1 wild-type and necrotic seedlings from crosses with 6 independent transformants
The offspring to be separated were identified (AVR4 / 7291J, AVR4 / 72910, AVR4 / 7291L, AVR4 / 7291N,
AVR4 / 7291M and AVR4 / 7291G).
In their progeny, the pattern of necrosis was observed in plants expressing AVR9 and CF-9.
Essentially as described.
AVR4 / 7291G (female parent) andCf-4With the primary transformant (4 / 5-129H) expressing
In the offspring from the miscellaneous, as expected in the cross between monodentate hemizygous plants, the offspring (wild type
35: Seedling mortality was observed in 25% of necrotic types 10). Put those seedlings in the growing room
When germinated in normal agar, the pattern of necrosis differs from the control cross described above.
Was. Seedlings that eventually showed necrosis were corrected and compared to their wild-type siblings, resulting in necrosis.
Was evident at an earlier developmental stage. Furthermore, in plants expressing Cf-9 and AVR,
An unidentified phenotype, a necrotic sector at the root, was also observed. Child of 4 / 5-129H
PVX to grandchild:SPAvr4Necrosis was evident earlier than in Cf4 control plants
became. This phenomenon is due to the increased trait as a result of the chromosomal location of the T-DNA insertion
Transformant 4 / 5-129HCf-4May reflect expression.
This result is sufficient for non-photosynthetic tissues such as roots.Cf-4Is expressed
If necrosis can be induced in the presence of AVR4
Suggests. Therefore, this result shows that in a wide range of plants,
Root pathogens, such as root-dwelling bacteria or nematodes, to engineer disease resistance in tissues
Use of a two-component system (eg WO 95/31564) to create resistance to
Show implicitly.
(8) Tomato transgenic plant containing only homolog II
Homolog II recognizes AVR4 and C. Conclusion that it is the cause of resistance to fulbum variety 5
To further investigate the theory, the high level of gene expression in
A promoter capable of directing the present, ie, cauliflower mosaic virus 35
Using a homolog II under the control of the S promoter (35S; see Jones et al., 1992),
A transgenic transgenic plant was produced. Their production is carried out using DNAs well known to those skilled in the art.
Needed operation and modification.
Cosmid 6.0 kbp from 4 / 5-129PSTI fragment (129P1, see FIG. 3)
From the car arrayEcoRI andHinIn a modified pUC119 vector lacking the daIII restriction site
Cloning resulted in clone p129P6A. First, an oligonucleotide
Perform otide mutagenesis to identify internal motifs beginning at nucleotides 308 and 312, respectively.Xba
I andEcoThe RI restriction site was removed to create clone p129P6A-3. Such a strange
Further alteration did not alter the predicted amino acid composition of the Cf-4 protein.
To express homolog II under its own promoter, p129P6A-3 to 6
.0 kbpxbaI /BamCut the HI cassette,xbaI /BamSLJ7291 digested with HI (Figure
Cloning into 9) yielded clone pCf4XB / 7291. High in plants
Bell'sCf-4Additional oligonucleotides may be used to create a vector that will confer expression.
P129P6A-3 was engineered by ptide mutagenesis. Similarly, this change
Do not change the predicted amino acid composition of the Cf-4 protein, all changes are in the DNA of the completed construct
Confirmed by analysis.
These changes include the following additional modifications: (i) construct SLJ4K1 (Jones
Et al., 1992) to promote fusion to the 35S promoter.
Start with (Fig. 5)ClaIntroduction of an I restriction site (ATCGAT); (ii) beginning at nucleotide 1766
InsideHindeletion of dIII restriction site; (iii) internal beginning at nucleotide 2096BglPart II
(Iv) in the 3 'untranslated region starting at nucleotide 2685ClaI restriction site
Delete.
The modified homolog II coding sequence and the 3 'untranslated regionClaI /BamCut out as HI fragment
And clone it into SLJ4K1 (Jones et al., 1992) to obtain plasmid p4K1 / Cf4.
Produced. 35S:Cf-4CassetteBglII /Hincut it as a dIII fragmentB am
HI /HinCloning into SLJ7291 cut with dIII and plasmid p35SCf4 /
7291 was produced. Tomato tran using the two binary vector clones
Make sgenic plants and PVX: SPAvr4 or C.I. Fulbum variety
Tested with 5 inoculations.
Several independent transformants, including pCf4XB / 7291, were inoculated with PVX: SPAvr4
It showed systemic necrosis (Table 4). Of the three transgenic plants tested,
Two are C.I. It was also sufficiently resistant to fulbum variety 5. Including p35SCf4 / 7291
Eight transgenic plants show PVX: SPAvr4-dependent necrosis and some
The test plant of C.I. It appeared to provide sufficient resistance to Fulbam cultivar 5 (Table
4).
These results indicate that homologue II was responsible for AVR4 recognition and C. Ten for fulbum variety 5
Prove that it is necessary and sufficient to provide adequate resistance.
(9) Tobacco transgenic plant containing only homolog II
Previous experiments were observed in tomato progeny expressing Cf-9 and AVR4.
It was shown that a seedling lethal phenotype could also be observed in tobacco. Cosmid 4 / 5-129 or
Two subclonedPSTBinner containing any of the I fragments (FIG. 3)
A Lie vector plasmid was prepared. Using those techniques known to those skilled in the art,
And cloned into plasmid SLJ755A, plasmids p129P1 / 755 and p129P2 / 755
Was prepared. The binary vector SLJ755A is for Agrobacterium tumefaci
Ensu (A . tumefaciens)nosStreptomyces under the control of gene promoter
Su hygroscopicus (Streptomyces hygroscopicus) Contains the BAR gene.
This gene, by conferring resistance to the herbicide phosphinothricin,
It has been used as a transformation marker in plants (Jones et al., 1992).
These constructs worked well in tobacco transformation experiments, but not in tomatoes.
Another vector was used for tomato transformation (see above).
Transgenic tobacco plants are inoculated with PVX: SPAvr4 and the binary
Necrotic lesions or sectors as observed in cosmid vector transformation experiments
Monitoring the emergence ofCf-4Tested for activity. p129P2 / 7
Characterize necrotic lesions and sectors among seven transgenic plants containing 55A
None shown; in contrast, 13 transgenic plants containing p129P1 / 755A
Ten of the products exhibited such a phenotype (Table 5). This result indicates that Homolog IICf-4
This is again consistent with the observations before adding the function.
Tobacco transgenic plants containing pAVR4 / 7291 (see above) were also generated.Cf -Four
A primary transformant (as a female parent strain) containing p129P1 / 755A expressing pAVR4 / 72
Crossing with 91 transgenics, F1Monitor seedling lethality in offspring
By doing so, individuals expressing AVR4 were identified. Several transgenes expressing AVR4
Sgenics were identified (AVR4 / 7291 I, AVR4 / 7291 K and AVR4 / 7291 J)
.
All F crossed1In progeny (Table 5), both transgenics
Is required for lethality in the offspring of a single T-DNA locus hemizygous parent
As expected, lethality was observed in 25% of the seedlings. At the developmental stage of seedling lethality
Changes in the progeny of the various crosses, at least at the macroscopic level,
Not observed. However, the phenotype observed for the Cf-4 / AVR4 interaction is
It differs from the phenotype observed for the Cf-9 / AVR9 interaction.
Specifically, tobacco seedling lethality is observed at an early stage of seedling development. (Normal agar
At day 7 after seeding, wild-type sibs are readily identified as expressing Cf-4 / AVR4
Can be distinguished. Seedling cotyledons expressing Cf-4 and AVR4 did not completely elongate,
Does not produce appreciable amounts of chlorophyll. Most seedlings have one seed coat
It remains attached to the cotyledon or surrounds the two cotyledons. The latter
No features were observed in tobacco seedlings expressing Cf-9 / AVR9. 14 days after sowing
Seedlings expressing Cf-4 / AVR4 appear completely necrotic. Those
Seedlings develop a broad root system as reported for the Cf-9 / AVR9 interaction
I can't do that either.
These results indicate earlier developmental stages than those reported for the Cf-9 / AVR9 interaction.
Suggests that seedlings will appear on the floor.
(10) Transient expression assay to monitor Cf-4 and Cf-9 activity
Experiments in our laboratory focus on binary vectors under the control of the CaMV 35S promoter.
The gene on the plasmid is Claws fascence (A . tumefaciens) Fungus
When introduced into the leaves by infiltrating the suspension, tobacco (Nicotiana t abacum
) Demonstrated that it can be transiently expressed in leaf cells. AVR9 expression
Regular transgenic 35S:Cf-9In experiments using infiltrated leaf panels,
Necrosis was observed. This phenotype was specific for plants expressing AVR9
.uidA(GUS) Another experiment using intron-containing variants of the reporter gene is
It was proved that this phenomenon was a result of nuclear gene expression in plants. We use it for cigarettes
The method used was kidney beans (Phaseolus vulgaris) Transient gene expression in leaves
It was a variant of the protocol developed for the assay.
Binary vector plasmids are cloned by triple parenting, a technique well known to those skilled in the art.
A. Transferred into Tumefaciens GV3101 / pMP90. Antibiotic rifampicillin
(50 μg / ml) and L-broth medium containing tetracycline (1 μg / ml)
A single colony was picked and placed on a 5 ml L broth containing antibiotics in a shaking incubator.
Grow at 48 ° C for 48 hours. One milliliter of this saturated culture was made with 10 mM 2- (N
-Morpholino) ethanesulfonic acid (MES) pH 5.6 and Agrobacterium (Agrobacterium
)VirContains 20 μM acetosyringone to induce the gene
L broth in 100 ml. Incubate the culture at 28 ° C for 16 hours in a shaking incubator.
Was. Bacterial cells are pelleted by low-speed centrifugation, Murashige & Skoog (MS) salt,
2% w / v sucrose, containing 500 μM MES pH 5.6 and 10 μM acetosyringone
Resuspended in buffer. OD of each culture600And OD600= 0.5
Was adjusted as follows. The culture was then incubated at 22 ° C. without shaking for 3 hours.
tobacco(N . tabacumMake several small cuts in the target leaf panel on the adult leaf
After that, the Agrobacterium suspension was infiltrated with a syringe. Number of panels
After injection, the infiltrated leaves were covered with a plastic bag to prevent drying. 72 hours later,
Removed.
35S:Cf-4Similar experiments using Agrobacterium containing binary vectors
That express AVR4 constitutively (non-regulated)
Ko (N . tabacum) Leaves infiltrated. 35S:Cf-4The binary vector is as follows
It was produced.
E. FIG. From KoriuidA1.8 kbp (GUS) geneClaI /BamHI fragment
Plasmid p4K1 / Cf4 in the binary vector SLJ10080 (see item (8))
) Of originCf-4Codes for 2.9 kbpClaI /BamReplaced with HI fragment.Cf-9DNA
Similar changes, including oligonucleotide mutagenesis, performed as above and similar
Of the composition. Obtained binary vector plasmid pCf4 / 10080 and pCf4 / 10080
f9 / 10080 to A. Populated during the claws.
In transient expression assays, assays containing pCf4 / 10080 or pCf9 / 10080
Any controls without the bacterium suspension or the binary vector
It did not induce any visible necrosis in untransformed tobacco. pCf9 / 10080
Only infiltrated leaf panels in tobacco expressing AVR9 5-6 days after infiltration
Induced a necrotic response. Transgenic plant AVR4 / 7291 K (see item (9)
), Only leaf panels infected with pCf4 / 10080 were visible 5 to 6 days after infiltration.
Induced visible necrosis.
Therefore, this assay may beCf-9WhenCf-4Test for both gene function
To mutateCfCreating stable transgenic plants that express genes
Provide a quick and reliable way to determine the effects of a particular mutation without the need to
Offer.
We also found that 35S:Cf-4Or 35S:Cf-9Remains
35S corresponding to the gene construct:AvrVector carrying both gene constructs
Inferred that it could cause visible necrosis in the infiltrated leaves. If
If not, the assay will generate either a resistance gene or a non-pathogenic gene component.
Without the need to create transgenic plants to showCf-4andCf-9Works
Methods can be provided for determining the range of species that can be used. this is
To confer resistance in different crop speciesCfGene / Non-pathogenic gene two-component system
(WO 95/31564) will have important implications.
Binary vector plasmids containing both resistance and non-pathogenic genes
It was produced as follows. 35S:Cf-4And 35S:Cf-9Insert the cassette into pCf4 / 10080 and
And pCf9 / 10080 were excised as follows: (i)Apa Digest with T1 and T4 DNA
(Ii) subjecting the DNA fragments to blunt ends by treatment with a lase;PST35S digested with I:Cf-4You
And 35S:Cf-9Releasing the cassette; (iii) vector SLJ456 (Jones et al., 1992)
ToClaLinearize with I and treat with T4 DNA polymerase to make the DNA blunt-ended
And thenPSTI digested with 2.1 kbp neomycin phosphotransferase (
NPT) to release the reporter gene fragment; (iv) 4.3 kbp 35S:Cf-4And 4.5
kbp 35S:Cf-9 ApaI (T4) /PSTI fragmentClaI (T4) /PSTI processed
Cloning into SLJ456 created plasmids p4 / 456 and p9 / 456. This
All of these techniques are well known to those skilled in the art.
Nonpathogenic gene constructs were made as follows.
Clone pAVR4 / 4K1 (see item (9))EcoRI andBam35S digested with HI
: The AVR4 cassette was excised. The purified fragment was purified from SLJ6B1 (Jones et al., 1992).
About 3.9 kbpEcoRI /BamLigation with the HI fragment, 35S, AVR4 and A. Tsumefa
Science (A . tumefaciens) Transcription terminator of octopine synthase gene
(ocs3') Containing the plasmid pAVR4 / 6B1. Clone SLJ6071 (Ham
From mond-Kosack et al., 1994), 35S: AVR0:ocs3'' Make the component
Thus, a plasmid pAVR9 / 6B1 was obtained. Plasmids pAVR4 / 6B1 and pAVR9 / 6B1HindIII
And linearize with T4 DNA polymerase.
The DNA fragment was blunt-ended. 35S: AVR4:ocs3'And 35S: AVR9:oc s3
'' CassetteBglIsolated by treatment with II. Each purified cassetteBamHI /Hpa
Ligated with p4 / 456 and p9 / 456 treated with I
Each resistance gene (in combination with anyCf-4OrCf-9Assay the function of
Four types of plasmids were prepared.
tobacco(Nicotiana benthamiana) Four leaf panels on a single leaf of the plant
Agrobacterium containing each of the four plasmids shownAgrobacteriumDipped)
Moisturized. 5 days after infiltration in panels injected with vector p4 / 456 / AVR4
Death was observed.
No necrosis was observed in the panel injected with p4 / 456 / AVR9. this is
We show that the latter result is due to co-expression of Cf-4 and AVR4 in the same cells.
After 7 days, the necrotic leaves were removed and stored at room temperature in sealed polyethylene bags.
Finally, necrosis was observed 12 days after infiltration in the leaf panel injected with p9 / 456 / Avr9
, And was not observed in leaf panels injected with p9 / 456 / Avr4.
These experiments use different species when cognate non-pathogenic determinants are co-expressed.
In a transient expression assayCfProven ability to detect necrosis-inducing activity of genes
I do. Necrosis induced by the Cf-4 / AVR4 interaction is due to the Cf-9 / AVR9 interaction.
Appeared much earlier than triggered. Promoter, translation and
This phenomenon is due to their corresponding non-pathogenic
It may reflect the difference in the relative affinities of Cf-4 and Cf-9 for the gene product. This
The theory is that transgenic tobacco expressing Cf-4 and AVR4 emits Cf-9 and AVR9.
This is consistent with the emergence of a seedling lethal phenotype earlier than that which appears.
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】1997年6月6日
【補正内容】
9.前記ポリペプチドの発現のための調節配列を更に含んで成る、請求項8に
記載の核酸。
10.トランスジェニック植物の生産における、請求項1〜9のいずれか一項に
記載の核酸の利用。
11.請求項1〜9のいずれか一項に記載の外因性核酸を含んで成る宿主細胞。
12.微生物細胞である、請求項11に記載の宿主細胞。
13.植物細胞である、請求項11に記載の宿主細胞。
14.請求項13に記載の細胞を含んで成る植物またはそれの任意部分。
15.請求項14に記載の植物の種子、自殖もしくは雑種子孫または後代、派生物
もしくは抽出物、あるいはそれの任意部分。
16.請求項1〜9のいずれか一項に記載の核酸を宿主細胞中に導入することを
含んで成る方法。[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act
[Submission date] June 6, 1997
[Correction contents]
9. 9. The method of claim 8, further comprising a regulatory sequence for expression of the polypeptide.
A nucleic acid as described.
Ten. In the production of transgenic plants, according to any one of claims 1 to 9
Use of the described nucleic acid.
11. A host cell comprising the exogenous nucleic acid according to any one of claims 1 to 9.
12. 12. The host cell according to claim 11, which is a microbial cell.
13. 12. The host cell according to claim 11, which is a plant cell.
14. A plant comprising a cell according to claim 13 or any part thereof.
15. A seed, inbred or hybrid progeny or progeny, derivative of the plant of claim 14.
Or extract, or any part thereof.
16. A method for introducing the nucleic acid according to any one of claims 1 to 9 into a host cell.
Comprising a method.
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
A01N 65/00 C12N 5/00 C
(C12N 1/21
C12R 1:19)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,
DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I
S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LR
,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,
MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S
D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT
,UA,UG,US,UZ,VN
(72)発明者 バリント−コーティ,ピーター ジョン
アメリカ合衆国,メリーランド 20892,
ベゼスダ,ルーム 1−22,ビルディング
6,ラボラトリー オブ セルラー デ
ィベロプメンタル バイオロジー,ナショ
ナル インスティテュート オブ ダイア
ベテス アンド ディジェスティブ アン
ド キッドニー ディズィーズ,ナショナ
ル インスティテュート オブ ヘルス
(72)発明者 ジョーンズ,デビット アレン
イギリス国,ノリッジ エヌアール4 6
ピーディー,イートン,グリーンウェイズ
139
(72)発明者 ジョーンズ,ジョナサン ダラス ジョー
ジ
イギリス国,ノーフォーク エヌアール4
6エスジー,ノリッジ,ウェイバリー
ロード 19──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI A01N 65/00 C12N 5/00 C (C12N 1/21 C12R 1:19) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, SZ, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, IS, JP, KE, KG, P, KR, KZ, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI , SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN (72) Inventor Ballint-Coty, Peter John United States of America, Maryland 20892, Bethesda, Room 1-22, Building 6, Laboratory of Cellular Developmental Biology, National Institute of Diabetes and Degestive and Kidney Disuse, National Institute of Health (72) Inventor Jones, David Allen United Kingdom, Norwich N. 46 P.D., Eaton, Greenways 139 (72) Inventor Jones Jonathan Dallas Joe di UK, Norfolk Enuaru 4 6 ISG, Norwich, Waverly Road 19